Водород топливо будущего: Водород — топливо будущего — ITC.ua

Водород — топливо будущего — ITC.ua

Популярность электромобилей в последнее время несколько задвинула на второй план авто на топливных элементах. Тем не менее водород готовится дать бой электричеству, и сегодня мы посмотрим на перспективы этого элемента в энергетическом будущем планеты. Водород — это самый простой и распространенный химический элемент во вселенной, на долю которого приходится 74% всей известной нам материи. Именно водород используется звездами, в том числе и Солнцем, для высвобождения огромного количества энергии в результате термоядерных реакций.

Несмотря на свою простоту и распространенность, на Земле водород в свободной форме не встречается. За счет своего легкого веса он либо поднимается в верхние слоя атмосферы, либо вступает в связь с другими химическими элементами, например с кислородом, образуя воду.

Интерес к водороду, как к альтернативному источнику энергии, в последние десятилетия вызван двумя факторами. Во-первых, загрязнением окружающей среды ископаемым топливом, являющимся основным источником энергии на данном этапе развития цивилизации.

И, во-вторых, тем фактом что запасы ископаемого топлива ограничены и по оценкам экспертов будут истощены приблизительно через шестьдесят лет.

Водород, как впрочем и некоторые другие альтернативы, является решением вышеперечисленных проблем. Использование водорода приводит к нулевым загрязнениям, поскольку в результате выделения энергии побочными продуктами являются лишь тепло и вода, которые могут быть использованы повторно для других целей. Запасы водорода также очень сложно истощить, учитывая что он составляет 74% вещества во Вселенной, а на Земле входит в состав воды, которой покрыто две трети поверхности планеты.

Получение водорода

В отличие от ископаемых источников энергии (нефти, угля, природных газов), водород не является готовым к использованию источником энергии, а считается ее носителем. То есть взять водород в чистом виде как уголь и использовать для получения энергии невозможно, необходимо сначала потратить некоторую энергию для того чтобы получить чистый водород пригодный для использования в топливных элементах.

Поэтому водород нельзя сравнивать с ископаемыми источниками энергии и более коректна аналогия с батареями, которые предварительно необходимо зарядить. Правда батареи перестают работать после разряда, а водородные элементы могут производить энергию до тех пор пока будут снабжаться топливом (водородом).

Наиболее распространенным и недорогим методом получения водорода считается паровой риформинг, в котором используются углеводороды (вещества состоящие исключительно из углерода и водорода). Во время реакции воды и метана (Ch5) при высоких температурах выделяется большое количество водорода. Недостатком метода является то, что побочным продуктом реакции является углекислый газ, поступающий в атмосферу точно так же как и при сжигании ископаемого топлива, что соответственно не снижает выбросы парниковых газов несмотря на использование альтернативного источника энергии..

Возможно и прямое применение некоторых природных газов непосредственно в водородных топливных элементах в качестве альтернативы. Это позволяет не затрачивать энергию на получение водорода из газа. Стоимость таких топливных элементов будет ниже, однако при работе на природном газе в атмосферу также будут попадать парниковые газы и другие токсические элементы, что не делает такие газы полноценной заменой водороду.

Получить водород можно и в процессе электролиза. При пропускании электрического тока через воду, происходит ее разделение на составляющие химические элементы в результате чего получают водород и кислород.

Помимо привычных способов сейчас тщательно исследуются альтернативные пути получения водорода. Например, при наличии солнечного освещения продуктом жизнедеятельности некоторых водорослей и бактерий также может быть водород. Некоторые из этих бактерий могут производить водород прямо из обычных бытовых отходов. Несмотря на относительно низкую эффективность этого метода, возможность перерабатывать отходы делает его достаточно перспективным, особенно с учетом того что эффективность процесса постоянно повышается в результате создания новых видов бактерий.

Совсем недавно на горизонте появился еще один перспективный способ получения водорода с применением аммиака (Nh4). При разделении этого химического вещества на составляющие получается одна часть азота и три части водорода. Наилучшими катализаторами таких реакций являются дорогостоящие редкие металы. Новый способ вместо одного редкого катализатора использует два доступных и недорогих вещества, соду и амиды. При этом эффективность процесса сопоставима с наиболее результативными дорогими катализаторами.

Помимо низкой стоимости данный метод примечателен и тем что аммиак проще хранить и транспортировать по сравнению с водородом. А в необходимый момент водород можно получить из аммиака просто запустив химическую реакцию. По неподтвержденным пока прогнозам использование аммиака позволит создать реактор объемом не более 2-литровой бутылки, достаточный для производства водорода из аммиака в количествах достаточных для использования автомобилем обычных размеров.

Аммиак на данный момент транспортируется в огромных количествах и широко применяется в качестве удобрения. Именно это химическое вещество делает возможным выращивание практически половины еды на Земле, и возможно в будущем станет одним из важнейших источников энергии для человечества.

Сферы применения

Водородные топливные элементы могут применяться практически в любом виде транспорта, в стационарных источниках энергии для домов, а также в небольших портативных, иногда карманных устройствах, для генерирования электричества, используемого другими мобильными устройствами.

Еще в 70-х годах прошлого столетия водород начали применять в NASA для вывода ракет и космических шатлов на орбиту Земли. Водород используется и позже для получения электричества на шатлах, а также воды и тепла в качестве побочных продуктов реакции.

На текущий момент наибольшие усилия направлены на продвижение водорода как топлива в автомобильной индустрии.

Сравнение водородных и электрических автомобилей

Водород на обывательском уровне по-прежнему принято считать опасным химическим элементом. Эта репутация закрепилась за ним после крушения дирижабля Гинденбург в 1937. Тем не менее Администрация по энергетической информации США (EIA) утверждает что в аспектах использования водорода касающихся нежелательных взрывов, этот элемент как минимум так же безопасен как и бензин.

На текущий момент очевидно, что если не произойдет очередной технологической революции, то машины ближайшего будущего будут преимущественно либо электрическими, либо водородными, либо гибридными формами этих двух технологий и бензиновых авто.

У каждого из вариантов развития автоиндустрии есть свои преимущества и недостатки. Заправочные станции под водородное топливо гораздо проще сделать на базе текущих бензиновых заправок, чего не можно сказать об инфраструктуре для электического «заряда» транспортных средств.

В определенном смысле разделение на водородные и электрические автомобили является искусственным, поскольку в обоих случаях машина использует электричество для движения. Только в электрокарах оно запасено в более привычной для нас форме непосредственно в аккумуляторах, а в топливных элементах вещество, которое в результате реакции будет переводить химическую энергию в электрическую, можно добавить в любой момент.

Заправка водородом по времени сравнима с заправкой бензином, и занимает несколько минут, а вот полный заряд электрических аккумуляторов на текущий момент в лучшем случае производится за 20-40 минут. С другой стороны электромобили обладают тем преимуществом что их можно подключать к розетке непосредственно дома, и если делать это ночью то можно экономить на электро-тарифах.

Экологичность

Поскольку ни электричество, ни водород не являются природными источниками энергии, в отличие от ископаемого топлива, то на их получение необходимо затратить энергию. Источник этой энергии и становится решающим фактором в экологичности как водородных, так и электрических автомобилях.

Для получения водорода требуется либо тепло, либо электрический ток, которые в жарких и солнечных регионах планеты могут быть получены сбором солнечной энергии. В холодных странах, например Скандинавии, уже сейчас упор делается на более подходящем для этого климата источнике зеленой энергии, на ветряных станциях, которые с таким же успехом могут принимать участие в производстве водорода с помощью электролиза.

Примечательно что водород в таком случае может использоваться и для хранения неиспользуемой энергии, например при выработке ночью.

Учитывая обязательную стадию получения водорода и электричества, нулевой уровень выбросов таких автомобилей зависит от того каким способом была получена первичная энергия. Именно поэтому между обоими типами транспортных средств соблюдается паритет и ни один нельзя причислить к более экологическому средству передвижения.

Шум

Ничью можно констатировать и сравнив шумность этих видов транспорта. В отличие от традиционных, новые двигатели работают гораздо тише.

По этому поводу можно вспомнить известный закон красного флага регулирующий появление первых автомобилей в 19 веке. Согласно самым жестким формам этого закона транспортное средство без лошадей не могло перемещаться в черте города со скоростью превышающей 3.2 км/ч. При этом предвосхищяя движение автомобиля за несколько минут до его появления по дороге должен был идти человек с красным флагом, предупреждающий о появлении транспорта.

Закон красного флага был принят в связи с тем что новые транспортные средства перемещались относительно бесшумно по сравнению с каретами и могли стать причиной аварий и травм, по крайней мере по мнению судей того времени. Проблема, хоть и была преувеличена, но все же спустя полтора века мы можем стать свидетелями новых подобных законов в связи с бесшумностью новых типов двигателей. Электрокары и авто на топливных элементах вряд ли работают громче первых транспортных средств, а вот скорость их перемещения в городской черте сейчас явно выше 3 км, что делает их потенциально опасными для пешеходов. В той же Формула 1 сейчас задумываются об усилении звука моторов с помощью искусственной озвучки. Но если в автогонках это делается для повышения зрелищности, то в новых автомобилях появление искусственного источника шума может стать требованием безопасности.

Отрицательные температуры

Автомобили на топливных элементах, как и обычные бензиновые авто, испытывают определенные проблемы на морозе. Внутри самых батарей может содержаться небольшое количество воды, замерзающее при отрицательных температурах и приводящее батареи в неработоспособное состояние. После прогрева батареи будут работать нормально, однако вначале без внешнего обогрева, они либо не заводятся, либо работают некоторое время на пониженной мощности.

Дальность перемещения

Дистанция перемещения современных водородных авто составляет приблизительно 500 км, что заметно больше чем в типичных электрокарах, которые нередко могут перемещаться лишь на 150-200 км. Ситуация изменилась после появления Tesla Model S, однако даже этот электрокар способен перемещаться без дозарядки на расстояние не более 430 км.

КПД

Такие цифры достаточно неожиданны если учесть КПД соответствующих типов двигателей. Для обычных бензиновых двигателей внутреннего сгорания КПД составляет приблизительно 15%. КПД авто на топливных элементах — 50%. КПД электромобилей — 80%. На данный момент концерн General Electrics работает над топливными элементами с 65% эффективностью и утверждает что их КПД может быть повышен до 95%, что позволят запасать до 10 МВт электрической энергии (после преобразования) в одном элементе.

Вес батарей и топлива

Однако слабым местом электрокаров являются сами батареи. Например в Tesla Model S она весит 550 кг, а полный вес авто составляет 2100 кг, что на пару сотен килограм больше веса аналогичного водородного транспортного средства. Вес этой батареи к тому же не уменьшается по мере преодоления дистанции, в то время как выработанное топливо в бензиновых и водородных автомобилях постепенно делает машину легче.

Выигрывают водородные элементы и в плане хранения энергии в пересчете на единицу массы. В плане плотности энергии на единицу объема водород не так хорош. При обычных условиях этот газ содержит лишь треть энергии метана в одинаковом объеме. Естественно водород хранится при транспортировке и внутри топливных батарей в жидком или сжатом виде. Но даже в этом случае количество энергии (Мегаджоулей) в одном литре проигрывает показателям бензина.

Сильные стороны водорода проявляются при пересчете энергии на единицу веса. В этом случае он уже в три раза превосходит бензин (143 МДж/кг против 47 МДж/кг). Выигрывает водород по этому показателю и у электрических батарей. При одинаковом весе водород имеет вдвое больший запас энергии чем электрическая батарея.

Хранение и транспортировка

Определенные сложности возникают и при хранении водорода. Наиболее эффективная форма для транспортировки и хранения этого химического элемента — жидкое состояние. Однако добиться перехода газа в жидкую форму можно лишь при температуре в -253 градуса Цельсия, что требует специальных контейнеров, оборудования и немалых финансовых затрат.

2015 год

Toyota, Hyundai, Honda и другие производители авто в течение многих лет вкладывали большие средства в исследование водородных топливных элементов и в 2015 году собираются представить первые автомобили стоимость и характеристики которых позволят рассматривать их как альтернативу другим видам транспорта. Машина на топливных элементах в 2015 году должна быть среднеразмерным 4-дверным седаном с возможностью преодоления как минимум 500 км без дозаправок, которые будут длиться не более пяти минут. Стоимость такого авто должна находиться в диапазоне от $50 тыс до $100 тыс. Таким образом стоимость водородных авто снизилась на порядок в течение одного десятилетия.

Как должно быть очевидно из списка автопроизводителей, Япония станет одним из центров развития водородных автомобилей. Интересно что одним из главных рынков для этих авто станет территория отделенная от Японии гораздо большими расстояними чем близлежащий азиатский рынок.

Калифорния уже давно имеет репутацию одного из самых прогрессивных мест на планете Земля. Именно здесь законодательство часто дает зеленый свет новейшим технологиям и изобретениям. Не стало исключением и продвижение автомобилей на альтернативном топливе.

Согласно принятому закону о транспортных средствах с нулевым выбросом (ZEV — zero-emission vehicle) к 2025 15% от всех проданных автомобилей не должны производить вредных выбросов в атмосферу. Совместно с десятью другими штатами, принявшими аналогичные законы, к 2025 году на дорогах США должно находиться около 3. 3 млн ZEV.

Несмотря на то что подготовка к запуску новых автомобилей идет полным ходом, на первых этапах производителям придется столкнуться с серьезными инфраструктурными проблемами . Toyota выделила $200 млн на постройку водородных заправочных станций на территории Калифорнии, однако этих средств будет достаточно для создания лишь двадцати заправочных точек в следующем году. Даже без учета большой стоимости постройки, количество заправок будет увеличиваться достаточно скромными темпами. В 2016 году их число составит 40 штук, а в 2024 — 100 штук.

Такие размеренные сроки постройки можно легко объяснить тем что провести даже небольшую технологическую революцию за один год практически невозможно. 2015 год обозначен в календаре как год начала развития водородной автоиндустрии, однако настоящую конкуренцию машины на топливных элементах смогут составить своим конкурентам скорее всего лишь с появлением второго поколения более недорогих и надежных моделей, которые ожидаются к 2020 году, и появятся на дорогах с уже более-менее развитой сетью дозаправочных станций.

Несмотря на обилие японских имен среди производителей водородных авто, интересуются этим видом транспорта на других континентах. Среди известных производителей водородные планы есть у: General Electrics, Diamler, General Motors, Mercedes-Benz, Nissan, Volkswagen.

Итоги

Как это часто бывает, мир не делится на белое и черное, и водород не станет единственным источником энергии в будущем. Этот элемент совместно с другими альтеранитвными источниками энергии станет частью решения проблемы загрязнения окружающей среды и исчезновения природных ископаемых ресурсов. Перспектива данного вида топлива и водородных автомобилей начнет проясняться в 2015 году с появлением первых массовых авто на дорогах. Насколько они смогут конкурировать с электромобилями мы скорее всего узнаем в 2020 году по мере дальнейшего развития технологий и появления второго поколения топливных авто.

почему водород — это топливо будущего

Удивительные свойства водорода были обнаружены еще в XIX веке. При сжигании килограмма этого вещества производится почти в четыре раза больше энергии, чем при сжигании килограмма угля. Именно тогда люди стали использовать его для отопления и освещения, прежде чем он уступил позиции нефти и природному газу. Одной из причин тому стала очень низкая плотность, из-за которой он занимает больше места, чем эквивалентное количество того же бензина. Водород — это элемент, который есть почти везде; особенно его много в молекулах воды, которые состоят из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Однако практически везде во Вселенной он встречается только в виде соединений, и, чтобы получить это вещество в чистом виде, его необходимо выделять. Вице-президент Air Liquide по водородной энергетике Пьер-Этьен Франк рассказал о главных направлениях применения топливных элементов и проблемах, препятствующих использованию водорода в транспорте.

Вездесущий элемент

В XXI веке поиски источников энергии, альтернативных ископаемому топливу, стали более осмысленными. В их основе лежит не только естественное для каждой экономики стремление обеспечить себе энергетическую независимость от стран, богатых природными ресурсами, но и минимизировать уже очевидный ущерб, наносимый экологии человеком. Так, экологи выяснили, что с 1976 года приземная температура воздуха на планете поднималась в среднем на 0,45 °C каждые 10 лет; причина тому — загрязнение атмосферы. А в России с ее широкомасштабной добычей полезных ископаемых и объемами промышленного производства, по данным последних исследований, потепление происходит примерно в 2,5 раза быстрее. На фоне этих изменений в 2000-х годах в Германии возник термин «энергетический поворот», который означает постепенный отказ от ископаемого топлива и переход на возобновляемую энергию. Ее источниками преимущественно выступают ветер и солнце, которые в силу природных циклов не способны генерировать энергию равномерно и непрерывно. Одно из решений этой проблемы инженеры видят в накоплении излишков энергии, выработанной в ветреные и солнечные периоды, для дальнейшего использования в часы, когда генерация электроэнергии прекращается. Но на текущем этапе развития системы хранения энергии являются слишком дорогостоящими. Другим выходом может стать использование лишней энергии для производства водорода посредством электролиза воды. Таким образом, возобновляемая энергия трансформируется в газ, пригодный для различных нужд.

Водород нужен в очень многих промышленных процессах, а инновационные методы его производства и применения могут стать ключом к декарбонизации сразу нескольких отраслей. Этот газ широко используется в микроэлектронной промышленности при производстве полупроводникового оборудования, дисплеев, светодиодных ламп и солнечных панелей. Эта самая простая из молекул обладает уникальными свойствами: имеет высокую теплопередачу и выступает эффективным восстанавливающим и травильным агентом. Водород также применяется в промышленной химии. Например, его можно сочетать с азотом для производства аммиака — основы для удобрений. Водород является реагентом, входящим в состав текстильных волокон, таких как нейлон и пенополиуретан. Он также есть в составе ряда пластиковых материалов.

Один из наиболее востребованных продуктов стекольной промышленности — плоские экраны для мониторов — по большей части производится с использованием флоат-технологии, когда на слой расплавленного легкоплавкого металла наливают слой расплавленной стекломассы. Для этой процедуры необходим водород высокой чистоты — он образует защитную атмосферу, которая позволяет создавать мониторы особого качества.

В машиностроении и металлообработке водород используется для создания защитной среды при термической обработке металлов, в которой производятся механические детали или меняются их свойства.

Еще одна отрасль, где водород в последние годы стал абсолютно необходим, — это нефтепереработка. Нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ) используют водород для очистки топлива и снижения уровня содержания серы. С ростом международного спроса на дизельное топливо и ужесточением правил в отношении уровня содержания серы спрос на водород со стороны НПЗ увеличился. Само развитие данной отрасли, сопряженное с использованием более тяжелой сырой нефти и глубокой переработкой, повышает потребность в водороде, что заставляет большинство НПЗ беспокоиться о своем водородном балансе в будущем.

Хорошо забытое старое

Как топливо водород стал набирать популярность в конце XIX — начале XX века, когда люди еще только мечтали о покорении воздушного пространства. В 1783 году французский изобретатель и ученый Жак Александр Сезар Шарль изобрел воздушный шар, наполняемый водородом. Но лишь в конце XIX века немецкий граф Фердинанд фон Цеппелин выдвинул идею создания дирижаблей, работающих на водороде, которые вошли в историю как цеппелины. Цеппелин совершил свой первый полет в 1900 году. Регулярные рейсы начались в 1910 году, и к началу Первой мировой войны в августе 1914 года они перевезли 35 тыс. пассажиров без серьезных инцидентов. Во время войны цеппелины использовались немецкими войсками в качестве бомбардировщиков. Однако в 1937 году произошло крушение «Гинденбурга»: 6 мая 1937 года этот цеппелин, совершавший полет из Германии в США, загорелся в воздухе и рухнул на землю. Жертвами катастрофы стали 36 человек. Крушение «Гинденбурга» не было самой крупной подобной аварией, но получило широкий общественный резонанс и стало предвестником конца эпохи дирижаблей. Расследование обстоятельств аварии в то время показало, что причиной пожара стала утечка водорода (позже ученые выяснят, что настоящей причиной возгорания стало воздействие статического электричества с наружной легковоспламеняемой оболочкой дирижабля). Идея транспорта на водороде стала угасать.

Вновь о водороде как об эффективном источнике энергии для транспорта вспомнили в 1970-х годах, когда зависимость экономик целых стран от регулярных поставок нефти достигла предела: в 1973 году арабские страны-члены ОПЕК объявили «нефтяное эмбарго» странам, поддержавшим Израиль в ходе четвертого арабо-израильского конфликта. Возросшие цены на нефть вызвали экономический кризис в промышленных странах. В 1988 году советское конструкторское бюро «Туполев» в качестве эксперимента успешно переоборудовало коммерческий самолет Ту-154: один из трех двигателей самолета стал работать на жидком водороде. А к концу века к «водородной гонке» подключились автоконцерны: в 1994 году компания Daimler-Benz на пресс-конференции в Ульме продемонстрировала широкой публике свой первый автомобиль на водородных топливных элементах — NECAR I.

NECAR I. Фото: Mercedes-Benz

На суше и на море

И электромобиль, и водородный автомобиль работают на электроэнергии. Но если первый получает ее из внешнего источника — зарядной станции, куда энергия, как правило, поступает с традиционной электростанции, то энергия для второго создается прямо внутри него благодаря реакции водорода с кислородом воздуха в топливном элементе. Там молекулы водорода расщепляются на электроны, которые двигаются по цепи, генерируя электрический ток и избыточное тепло, и протоны, проходящие через электролитическую мембрану. На катоде протоны соединяются с электронами и молекулами кислорода, образуя воду. Таким образом, единственными побочными продуктами автомобиля на топливных элементах являются электричество, избыточные тепло и вода, которые на выходе образуют пар. Кроме того, поскольку топливные элементы не имеют движущихся частей, они работают практически бесшумно. Сегодня автомобили на водородном топливе есть у нескольких крупных производителей. Самая популярная модель — японская Toyota Mirai. Заправка таких автомобилей занимает всего 5 минут, чего хватает на преодоление более 500 км.

Toyota Mirai

Одним из наиболее успешных реализованных проектов транспорта на водороде считается запуск компанией Alstom водородных поездов в Германии в 2018 году. Первые два поезда с водородным двигателем модели Coradia iLint начали курсировать в Нижней Саксонии по 100-километровому маршруту, соединяющему Куксхафен, Бремерхафен, Бремервёрде и Букстехуде. Эти поезда способны развивать скорость до 140 км/час, что сопоставимо с дизельными поездами, которые обычно обслуживают этот маршрут. Однако дизельные поезда производят токсичные выбросы в атмосферу, а единственным отходом водородного поезда является водяной пар.

Coradia iLint

Еще одна среда, которая страдает от активного использования дизеля, — это гидросфера планеты. В судоходной отрасли сегодня эксплуатируются почти исключительно дизельные двигатели. На океанских судах в качестве топлива используется либо мазут, либо судовое дизельное топливо, а суда внутреннего плавания, например, в пределах ЕС, используют коммерческое дизельное топливо. По данным Агентства по охране окружающей среды США, в 2000 году на большие судовые дизельные двигатели пришлось около 1,6% выбросов оксида азота в США.

Проекты судов на водородном топливе появились еще в 2000-х годах, а в 2017 году на воду было спущено судно Energy Observer. Оно не является полностью водородным судном: Energy Observer функционирует не только благодаря водороду, но и за счет ветра и солнца. На нем установлены ветрогенераторы, а его поверхность покрыта солнечными панелями. Эту систему дополняет электролизер — устройство, выделяющее из воды водород и кислород методом электролиза. Полученный водород хранится в баках, и его используют, когда в силу погодных условий невозможно получить энергию ветра или солнца.

Energy Observer полностью функционирует лишь за счет возобновляемых источников энергии. Пример Energy Observer доказывает, что с помощью водорода можно создать полностью автономную энергетическую систему: водород обладает уникальной способностью регулировать дисбаланс между производством и потребностью в электроэнергии и в случае необходимости восполнять возникший энергодефицит.

Energy Observer

Мифы и вызовы

Одним из препятствий, мешающих повсеместному распространению водородного топлива, являются мифы, связанные с его использованием. К примеру, опасения по поводу взрывоопасности водорода. Они связаны с широко прогремевшим испытанием водородной бомбы в 1952 году. Водород, используемый в промышленном производстве — это стандартный атом водорода, который извлекается из молекул воды (h3О) или природного газа (СН4), используемого для отопления. Это два основных источника водорода. Водород, добываемый таким способом, существенно отличается от других видов водорода, которые имеют отношение к оружию. Термоядерная бомба — мы знаем ее как «водородную бомбу», что не совсем корректно — основана на принципе синтеза атомов дейтерия и трития. Оба элемента являются изотопами водорода, то есть разделяют с ним определенные характеристики, но не являются идентичными водороду. Для военных целей необходимо слияние дейтерия и трития, в результате которого происходит цепная реакция. Водород, используемый в промышленности, не обладает свойствами своих изотопов или реактивными характеристиками, необходимыми для термоядерной реакции.

---

Термоядерное оружие (водородная бомба) — тип ядерного оружия, разрушительная сила которого основана на использовании энергии реакции ядерного синтеза легких элементов в более тяжелые (например, синтеза одного ядра атома гелия из двух ядер атомов дейтерия), при которой выделяется энергия.

Имея те же поражающие факторы, что и у ядерного оружия, термоядерное оружие имеет намного бо́льшую возможную мощность взрыва (теоретически она ограничена только количеством имеющихся в наличии компонентов).

1 ноября 1952 года на атолле Эниветок (Маршалловы острова) под наименованием «Иви Майк» было проведено первое полномасштабное испытание двухступенчатого устройства с конфигурацией Теллера-Улама. Мощность взрыва составила 10,4 Мт, что в 450 раз превысило мощность бомбы, сброшенной в 1945 году на японский город Нагасаки.

---

Оппоненты использования водорода в качестве топлива также ссылаются на взрыв двух кислородных баллонов в аккумуляторном отсеке лунного модуля «Аполлона-13». Однако он случился не из-за утечки водородного топлива или проблемы в топливных элементах, а из-за короткого замыкания, возникшего в кабелях, подсоединенных к одному из баллонов. Риск утечки водорода действительно выше в сравнении с традиционным топливом, поскольку его молекулы малы и им легче просочиться через стенки соединения и уплотнения баллона. Но при этом водород крайне летуч, что снижает риск взрыва: он рассеивается в воздухе быстрее, чем природный газ или пары бензина.

Другой миф связан с необходимостью использования редких металлов при переходе на водородное топливо. Современные водородные топливные элементы содержат не больше платины, чем каталитические нейтрализаторы — устройства в выхлопной системе автомобиля, которые устанавливают для снижения токсичности отработанных газов. Но, в отличие от последних, топливные элементы можно перерабатывать. В соответствии с недавними исследованиями, в будущем станет возможно заменить платину на более дешевый графен (кристаллы графита) или даже бактериальные ферменты.

Помимо предрассудков, на пути развития водородного транспорта стоят и реальные вызовы. Как ни странно, самым легкорешаемым из них является ограниченный срок службы топливного элемента. Сейчас его ресурса хватает примерно на 150 тыс. км, но научные лаборатории уже активно работают над его продлением, ведь топливные элементы имеют большой потенциал и вне транспортного сектора. Другой проблемой, напрямую влияющей на распространение водородного транспорта, является его дороговизна — та же Toyota Mirai в последней конфигурации стоит около $60 тыс. По мере увеличения производства цена таких автомобилей будет снижаться, но чтобы стимулировать спрос, необходимо создавать условия для их комфортной эксплуатации — то есть развивать заправочную инфраструктуру. Ускорить этот процесс поможет государственно-частное партнерство, заинтересованное в построении «водородного» общества. Правительство Японии, например, уже разработало дорожную карту, предполагающую установку 320 станций к 2025 году, и заручилось поддержкой консорциума из почти 20 компаний — Japan h3 Mobility (JHyM). Он взял на себя обязательство разместить 80 станций в течение ближайших четырех лет. Похожая организация существует в Германии (h3 Mobility Deutschland) и также пользуется поддержкой лидеров страны. На глобальном уровне развитию водородной инфраструктуры способствует Hydrogen Council — объединение 60 глав заинтересованных международных компаний. Будучи одним из крупнейших поставщиков водорода на различные рынки, Air Liquide входит во все три организации, и наши заправочные станции уже стоят у японских и немецких дорог, а также во Франции, Нидерландах, США и ОАЭ.

Проникновение водорода во все секторы экономики способно серьезно повлиять на будущее нашей планеты. Уровень парниковых газов снизится колоссально уже за счет перевода транспорта на водородное топливо, ведь на нем могут работать не только личные автомобили, но и автобусы, поезда, грузовики, вилочные погрузчики и даже самолеты и космические ракеты. Производство водорода с использованием излишков энергии, генерируемой возобновляемыми источниками, позволит устранить один из факторов, ограничивающих развитие альтернативной энергетики — проблему хранения. Более того, это обеспечит человечество достаточным количеством «зеленого» водорода для обогрева и освещения зданий (с помощью топливных элементов и водородных турбин), а также его использования в различных отраслях промышленности.

Вспомните, как легко человечество освоило добычу нефти и газа, выстроив на них всю мировую экономику, невзирая на пагубные последствия. А теперь представьте, какие возможности может открыть топливо, производимое и используемое без выделения вредоносных побочных продуктов. И упоминал ли я, что водород — самый распространенный элемент во Вселенной?

Топливо будущего

29 ноября 2019

Материал опубликован в № 11 корпоративного журнала «Газпром», автор — Сергей Правосудов

На вопросы журнала отвечает заместитель Председателя Правления ПАО «Газпром», генеральный директор ООО «Газпром экспорт» Елена Бурмистрова

Елена Викторовна, расскажите о ситуации на европейском рынке газа и о поставках «Газпрома» в Европу в 2019 году. Какие важные события можно выделить?

Не будет преувеличением сказать, что такого интересного года на европейском рынке давно не было. Мы стали свидетелями самых различных тенденций на стороне как спроса, так и предложения газа.

Сегодня на европейском и глобальном рынке газа много. По сравнению с первым полугодием 2018 года в Европу пришло почти в два раза больше СПГ. Это отражается и на цене. В последние месяцы, впервые за много лет, спотовые цены «на день вперед» опускались ниже психологической отметки в 100 долл./тыс. куб. м. Сложно ли нам работать в таких условиях? Бывали и более простые годы. Но мы в состоянии справиться с этим вызовом. За девять месяцев мы поставили на европейский рынок 144,6 млрд куб. м газа. Это на 3% ниже, чем в рекордном 2018 году, но при этом на 3% больше итогов аналогичного периода 2017 года — первого года, когда мы вплотную подошли к объемам экспорта в 200 млрд куб. м. А с учетом принципиально новых условий, в которых мы работаем на рынке в текущем году, такой объем продаж — очень неплохой результат. Кроме того, мы успешно используем новые инструменты торговли. Наша Электронная торговая платформа, которой недавно исполнился год, проявляет себя как эффективный современный инструмент. Она позволяет продавать дополнительные объемы газа сверх долгосрочных контрактов. Это значит, что мы нашли еще одну возможность, которую открывают гибкие европейские рынки, и успешно ею воспользовались.

Интересны и долгосрочные рыночные тенденции. Сегодняшний избыток предложения на европейском рынке — это вызов для игроков, и «Газпром» готов к нему лучше, чем кто-либо иной. Но при этом мы ожидаем, что рынок скоро придет к равновесию. Низкие цены на газ в ближайшем будущем спровоцируют как сокращение объема предложения, так и рост объема спроса, в первую очередь в Азии, где будет ускоряться переход с угля на газ. Свою роль неминуемо сыграет и такой долгосрочный фактор, как сокращение собственной добычи в Европе. В последние месяцы Нидерланды заявляют о желании остановить производство на месторождении Гронинген еще быстрее, чем планировалось ранее.

Никуда не исчезнут и долгосрочные факторы спроса. 2019 год отмечен ощутимым ростом потребления газа в электрогенерации. За шесть месяцев оно увеличилось на 13,7%. Часть этого роста — безусловно, результат выгодной ценовой конъюнктуры, благодаря которой газ стал существенно конкурентоспособнее угля. Но в то же время приняты и политические решения, которые открывают газу перспективы в этом секторе на годы вперед.

Поэтому, хотя 2019 год еще не закончился, я смотрю на его итоги с оптимизмом. Европейская газовая отрасль переживает фундаментальную трансформацию. И у нас есть основания считать, что мы будем важным игроком этого процесса.

Сегодняшний избыток предложения на европейском рынке — это вызов для игроков, и «Газпром» готов к нему лучше, чем кто-либо иной

Декарбонизация

На уровне ЕС и отдельных стран поставлены амбициозные цели в области декарбонизации экономики. Эту цель, в частности, избранный председатель Еврокомиссии Урсула фон дер Ляйен назвала приоритетом своей работы. Как вы оцениваете эти намерения, что они будут означать для Европы?

Я могу только приветствовать приверженность Европы делу защиты климата. Быть пионером энергетического перехода — это не только серьезный вызов, но и большая ответственность. Мы живем в эпоху фундаментальных перемен мировоззрения, когда всё больше голосов призывают к скорейшему решению проблемы загрязнения окружающей среды. Задача политиков — быть твердыми и последовательными в реализации заявленных планов. Но при этом должен быть выбран путь, оптимальный как для достижения климатических целей, так и для экономики. Это значит не просто выбрать самое «чистое» из доступных решений, но и не навредить надежности энергоснабжения, не вызвать роста цен и затрат на энергию, потери рабочих мест и падения производства. Я бы сказала, что главный вызов — не только обеспечение снижения выбросов, но и сохранение позиций в условиях глобальной конкуренции. Наша ответственность перед будущими поколениями состоит в том, чтобы не только воплотить последовательные меры по защите климата, но и создать для потомков устойчивую экономическую систему, обеспечить им надежное энергоснабжение и уверенность в завтрашнем дне. А мы, представители газового бизнеса, со своей стороны готовы помочь в поиске оптимального решения.

Какой становится роль природного газа в целом и российских поставок в частности в контексте планов по декарбонизации всей экономики ЕС?

Важно понимать, что декларированная Евросоюзом декарбонизация не означает одномоментного отказа от всех углеводородов. Это было бы экономически нецелесообразно и технически неосуществимо, привело бы к краху всей экономики и промышленности, которая всё еще преимущественно ориентирована на использование этого сырья.

В планах Евросоюза — постепенно идти к декарбонизации, а значит, заменять грязные виды топлива более экологичными. Этот курс лишь повышает шансы природного газа как самого чистого углеводородного топлива. Газ — идеальный энергоноситель для сокращения выбросов и в электроэнергетике, и на транспорте, и в отоплении. Например, на транспорте он позволяет уже сейчас добиться снижения эмиссии CO₂ до 23%, оксидов азота — до 70%, твердых частиц — до 95% по сравнению с традиционными видами моторного топлива. Что немаловажно, соответствующие технологии уже доступны, коммерчески оправданы и успешно применяются. Не нужно заново изобретать велосипед. А российские поставки, в свою очередь, — наиболее удобный, надежный, гибкий и экономичный способ обеспечить растущие потребности Европы в природном газе.

Газ — идеальный энергоноситель для сокращения выбросов и в электроэнергетике, и на транспорте, и в отоплении

Экологичное топливо

Как сегодня европейские потребители видят природный газ — как «старое ископаемое» или как «топливо будущего»?

На мой взгляд, было бы неверно обобщать и представлять себе европейских потребителей как абсолютных сторонников или противников природного газа. Потребители мыслят и действуют по-разному, на них влияют различные факторы. К сожалению, мы видим, что многое сегодня делается и для намеренной демонизации и маргинализации газа в глазах общественности. Об этом мы слышим от наших европейских коллег и партнеров. Однако и мы не оставляем усилий по защите его репутации. Газ — это современное экологичное топливо, обладающее массой преимуществ, которые можно и нужно демонстрировать. Я убеждена, что лучшую рекламу газ делает себе сам на практике. Уверена, что потребители понимают экономические и экологические плюсы этого топлива и ориентированы на расширение его использования. Я ожидаю, что газ будет играть существенную роль в энергетике будущего.

Как «Газпром» решает проблему выбросов метана, который сейчас часто называют очень активным парниковым газом?

Я хотела бы сразу сказать, что в дискуссии вокруг выбросов метана есть большой элемент неопределенности. Мы часто слышим, что метан — настолько активный парниковый газ, что он гораздо вреднее, например, того же CO₂. К сожалению, часто его негативный эффект завышается в разы. Газ пытаются представить более вредным, чем он есть, притом что метан — один из компонентов атмосферы и его существенные объемы выбрасываются в атмосферу самой природой.

Тем не менее «Газпром» со своей стороны последовательно работает над снижением выбросов метана и в добыче, и в транспортировке газа. С 1990 года утечки метана сократились на 28%. И наши успехи в этой работе признаны. По данным международного инвестиционного партнерства Carbon Disclosure Project, занимающегося анализом корпоративных климатических стратегий, по уровню выбросов метана «Газпром» относится к наиболее чистым компаниям. Мы опережаем в этом рейтинге такие компании, как Equinor, Chevron, Total и ExxonMobil.

Каким вам видится будущее угольной, атомной и газовой генерации в Европе?

Ведущие государства Евросоюза в качестве первого шага на пути к декарбонизации провозгласили отказ от угля как самого грязного вида топлива. Однако одно это решение уже вызвало споры среди стран сообщества. Некоторые из них, в частности Польша, не готовы отказываться от угля. Другие очень обеспокоены тем, как отказ от угля отразится на надежности и безопасности энергоснабжения. Атомная энергетика также оказалась яблоком раздора. Если одни государства, например Германия, планомерно отказываются от нее, то другие, в первую очередь Франция, напротив, продолжают активно использовать атомные технологии.

Очевидно, что газ качественно выигрывает на этом фоне и не вызывает столь бурных дискуссий. Его использование не провоцировало техногенных катастроф планетарного масштаба и не приводило к образованию над европейскими городами густого смога. Поэтому мы исходим из того, что именно газ имеет все возможности по праву занять место угля и атома в энергогенерации.

В последний год наконец заработал европейский рынок квот на выбросы CO₂ и существенно выросли их цены. Как это отразилось на сбыте природного газа?

Это событие без преувеличения стало фундаментальным изменением для целого ряда топливных рынков. Сегодня мы видим, что рынки газа, угля и квот на выбросы работают фактически в тройственной взаимосвязи: торговля квотами позволила воплотить в реальность тот потенциал, который газ имеет для генерации. Экологические преимущества получили эффективную экономическую оценку. И тем существенным ростом, который наблюдается в газовой генерации с начала года, мы во многом обязаны заработавшему механизму торговли квотами.

Газ и ВИЭ

Сейчас много говорят о падении себестоимости получения электроэнергии из возобновляемых источников. Как вы считаете, смогут ли ВИЭ вытеснить газ из электрогенерации?

Многие ошибочно считают производителей природного газа противниками ВИЭ. Однако я неоднократно говорила, что мы разделяем цели мирового сообщества по сокращению выбросов, а значит, и использованию ВИЭ.

Другое дело, что в самой природе возобновляемой генерации заложен ее основной недостаток — нестабильность производства. Солнце не светит круглосуточно и круглогодично, ветер не дует каждый день. В зависимости от погодных условий, времени года и климатических изменений производительность ВИЭ меняется в разы. Несмотря на большой прогресс, достигнутый в технологиях генерации и хранения электроэнергии, а также на существенное снижение стоимости возобновляемой энергии, проблема нестабильности поставок не решена окончательно.

Потому было бы неверно и безответственно полагаться лишь на возобновляемую генерацию. Она не может в одиночку обеспечить бесперебойные поставки и энергетическую безопасность. Именно газ — тот энергоноситель, который может стать фундаментом энергосистемы, сгладив нестабильность «зеленой» генерации с минимальным воздействием на окружающую среду. Газ и ВИЭ — не противники, а партнеры.

Уже давно и много говорится о том, что газ — наиболее выгодное и простое решение для снижения выбросов на транспорте. Однако о масштабном росте сегмента газомоторного топлива по всей Европе пока говорить нельзя. В чем причина, на ваш взгляд? Есть ли у газомоторного топлива шанс опередить электромобильность в конкурентной борьбе?

Я думаю, что основная причина скромных показателей роста использования газа на транспорте в Европе — отсутствие политической воли и четких решений. Мы видим, что газомоторное топливо стремительно развивается в тех странах Евросоюза, где государство озаботилось его продвижением ради снижения объема выбросов. Это такие страны, как Италия, Болгария, Швеция, Чехия. Такие меры, как налоговые льготы, отмена дорожных сборов, развитие инфраструктуры, дают рынку необходимые ориентиры. Там, где эти меры применяются, объем продаж газовых автомобилей уверенно растет. Я убеждена, что грамотная политика властей в сочетании с уже известными экономическими и экологическими преимуществами газа как моторного топлива — ключ к уверенному развитию в этом сегменте.

Кроме того, есть сектора, в которых перевод транспорта на электричество просто нецелесообразен. Это и грузовые автомобильные перевозки, и водный транспорт. В этих сферах природный газ в форме СПГ — оптимальное решение для снижения выбросов. И потенциал его огромен.

Сможет ли газ сохранить свои позиции в производстве тепла?

Технически и экономически — однозначно да. С политической точки зрения в отдельных странах Европы уже действуют меры поддержки обновления отопительного оборудования и субсидирования, в том числе способствующие переходу на газ. По сравнению с нефтепродуктами использование газа в отоплении позволяет снизить выбросы CO₂ на 29%, а твердых частиц — на 85%. Вот реальное, доступное и дешевое решение проблемы городского смога.

Водород

В последние месяцы в Европе модной темой стал водород как безэмиссионное топливо будущего. Что означает рост интереса к водороду для спроса на природный газ?

Мы в «Газпроме» с большим интересом следим за развитием водородных проектов и воспринимаем эту тенденцию не просто как модную тему, а как реальный путь к безэмиссионной экономике будущего. Водород и природный газ — крайне перспективное партнерство топлив, равного которому в энергетике не было, пожалуй, никогда. Здесь можно создать синергию и в производстве, и в использовании, и в инфраструктуре. Водород можно производить из природного газа. При использовании инновационных технологий без выбросов CO₂ (пиролиз, крекинг метана) такой водород будет топливом с нулевым уровнем выбросов. Еще до массового внедрения водород можно эффективно смешивать с природным газом — это сразу приведет к сокращению объема выбросов. Наконец, что очень важно, для водорода можно использовать существующую газовую инфраструктуру. Первые проекты уже прорабатываются в Европе. Это в десять раз дешевле, чем создавать отдельные сети. А для природного газа эти решения открывают реальную возможность остаться востребованным топливом в энергобалансе будущего на десятилетия вперед.

Сегодня для развития водородных технологий уже многое сделано, но еще больше предстоит сделать. Технические решения созданы. Необходим ряд политических шагов в области регулирования, выработки и усовершенствования стандартов. Главное, что необходимо иметь в виду, — принцип технологической открытости и равенства. Для всех технологий должны быть созданы равные недискриминационные условия.

Водород и природный газ — крайне перспективное партнерство топлив, равного которому в энергетике не было, пожалуй, никогда

Работает ли «Газпром» в направлении реализации водородных проектов? Какие современные решения мы можем предложить Европе?

Конечно. На газо- и нефтеперерабатывающих заводах «Газпрома» водород традиционно применяется в промышленных процессах — например, при производстве светлых нефтепродуктов. Кроме того, реализуется комплексный научно-технический проект по созданию технологий низкоуглеродного производства и использования для газовых турбин метано-водородного топлива в Самаре и Уфе. В Томске ведутся испытания технологии производства водорода из природного газа с нулевыми выбросами. Еще по целому ряду исследовательских проектов мы работаем вместе с нашими партнерами из Германии, Нидерландов и Франции. Для нас это крайне важное новое измерение сотрудничества. Полвека назад мы вместе сформировали газовый рынок Европы, открыв континенту доступ к надежным и выгодным поставкам топлива. Сегодня мы вместе формируем энергетику будущего.

Водород – топливо будущего?

Сегодня в вопросах энергообеспечения «зелёного» транспорта и промышленных предприятий большое будущее пророчат водородной энергетике. Однако профессор Йонас Пук, руководитель программы MBA Energy Management в WU Executive Academy и глава WU’s Institute for International Business, спешит предостеречь нас от чрезмерной эйфории.

Профессор уверен: в недалёком будущем дороги всего мира будут заполнены исключительно электромобилями.

«Что касается автомобилей, в ближайшие 20 лет наш мир ждут кардинальные, всеобъемлющие перемены».

Аккумуляторы или топливные элементы?

Вопрос, однако, в том, за какой же из технологий будущее: за аккумуляторами, накапливающими электричество, или топливными элементами, в которых электричество вырабатывается в процессе взаимодействия водорода и кислорода. В последние месяцы в СМИ активно обсуждается возможность применения водорода как альтернативного источника энергии, что не в последнюю очередь связано с повышенным интересом к нему со стороны ведущих промышленных предприятий, например, австрийского сталелитейного гиганта Voestalpine, который планирует в будущем внедрять и постепенно переходить на эту технологию. Как эксперт в области энергетики, Йонас Пук считает, что у водорода действительно есть ряд преимуществ:

«Во-первых, велики его запасы, поскольку его можно получить в результате ряда химических реакций. Тот факт, что во время работы топливного элемента выделяется только вода, также говорит в пользу этой технологии».

Водород уже применяется не только в автомобильном транспорте, но также в промышленности и даже воздушных перевозках. Однако профессор Пук убеждён, что не стоит преждевременно делать конкретные прогнозы и провозглашать водород транспортной (и не только) панацеей.

«Сейчас, в самом разгаре поисков новых источников энергии слишком рано, грубо говоря, сломя голову бежать и вкладываться исключительно в водородную экономику. Битва технологий только началась, и её исход едва ли можно предугадать».

По словам профессора Пука, данный сектор развивается невероятно стремительно.

«И что, на мой взгляд, крайне важно, этому развитию способствуют масштабные программы финансирования».

Ключевые проблемы энергообеспечения – накопление и эффективность

Как отмечает профессор Пук, основной проблемой использования возобновляемой энергии является вопрос её накопления и хранения без ущерба эффективности:

«На данный момент ключевой вопрос состоит в том, какая технология выгоднее с точки зрения энергоэффективности».

По словам специалиста, преимущество автомобильных аккумуляторов в том, что они накапливают электричество, и в принципе, в теории то же самое можно сделать с водородом, но в таком случае энергоэффективность снизится вследствие двойной конверсии.

«Однако накопление электричества в автомобиле действительно имеет смысл только при наличии интеллектуальных энергосистем».

Сегодня учёные, помимо всего прочего, вплотную изучают вопрос того, какой тип автомобильного аккумулятора наиболее эффективен. Пока наиболее оптимальными считаются литий-ионные аккумуляторы. Но у них есть свои недостатки, например, связанные с доступностью ресурсов.

«Я вполне допускаю и то, что технологии приведут нас к разработке гибридных автомобилей, совмещающих в себе водородные топливные элементы и аккумуляторы», – говорит профессор Пук.

Комплексное видение

По мнению профессора Пука, самое главное в поиске источников энергии не сосредотачиваться на отдельных сферах их применения, например, в электротранспорте, а придерживаться более комплексного видения отрасли, то есть анализировать возможности энергообеспечения во всех сферах, от домашних хозяйств до промышленности и электротранспорта. Проблема энергообеспечения уже давно обрела глобальное значение, и её невозможно решить, не имея перед собой общей картины и не понимая взаимосвязей между отдельными элементами этой системы. Что же касается результатов гонки аккумуляторов и топливных элементов, миру ещё предстоит выяснить, какая из технологий имеет больше преимуществ. Такого мнения придерживается Йонас Пук, проводя аналогию с конкуренцией различных видеоформатов в начале 1980-х годов:

«Тогда мы также наблюдали настоящую технологическую схватку, спрогнозировать исход которой было попросту невозможно».

До 30 июня 2018 года у Вас есть возможность подать заявку на стипендию по программе Professional MBA по специализации Energy Management, которая позволит сократить стоимость обучения на 50%.

Подробнее о стипендиях

Водородная стратегия: «зеленый водород», топливо будущего

Водород считается чудодейственным веществом. Он сгорает в двигателе или топливном элементе при добавлении кислорода в чистую воду. Его можно доставлять по трубопроводам или в танкерах в сжиженном виде. Его легко хранить, и он может заменить ископаемое топливо практически где угодно – в грузовиках, автомобилях или поездах, при производстве стали, цемента или химических веществ.

В Германии надеялись еще 20 лет назад, что водород сумеет вытеснить бензин и дизельное топливо в течение двух-трех лет. Однако на данный момент чуть менее 100 из примерно 14 500 АЗС в Германии предлагают заправиться водородом.

Немецкая и европейская водородная стратегия

Теперь ситуация должна измениться. В июне 2020 года германское правительство приняло национальную водородную стратегию. В начале июля в то же самое сделала и Комиссия ЕС. Предполагается, что обе программы должны способствовать распространению этого экологически чистого топлива.

Германия и ЕС делают ставку прежде всего на «зеленый водород», который добывается из возобновляемых источников энергии, а значит, является климатически нейтральным. Необходимая для его производства энергия может поставляться из тех стран, которые вырабатывают большое количество солнечной энергии или энергии ветра, например, из Марокко.

К 2030 году в Европе будет производиться до 40 000 мегаватт из называемых электролизеров, причем 5 000 мегаватт из этого объема будет вырабатываться в Германии. Электролизеры смогут производить до десяти миллионов тонн зеленого водорода в год. Чтобы выйти на такие объемы производства, Германия хотела бы поддержать строительство специальных водородных островков в Северном море, аналогичных современным нефтегазовым платформам. Окруженные крупными оффшорными ветровыми электростанциями они будут производить водород, который затем будет доставляться на берег танкерами.

Зеленый водород как альтернатива батарейкам

Зеленое топливо в первую очередь предназначено для замены ископаемого топлива там, где использование электрических батарей не имеет особого смысла, например, в грузовых автомобилях, кораблях, поездах или самолетах. Первые два водородных поезда в Германии были введены в эксплуатацию в 2018 году. Они могут проехать до 1000 километров без дозаправки.

Федеральный министр экономики Петер Альтмайер убежден, что зеленый водород – это «чистое топливо будущего». Вот почему правительство Германии выделило на финансирование исследований, создание технологий и развитие международного сотрудничества в этой области девять миллиардов евро.

© www.deutschland.de

You would like to receive regular information about Germany? Subscribe here:

Водород — топливо будущего? | Статья в журнале «Молодой ученый»

В статье рассмотрена актуальность использования водорода как альтернативного вида топлива. Приведены неоспоримые преимущества нового топлива, во-первых, в том, что при любом выделении энергии с использованием водорода (топливная ячейка, обычное отопление, двигатель внутреннего сгорания) имеем благоприятное соотношение энергия / масса. То есть, сделан вывод о том, что водород — очень энергоёмкое топливо. Также показано, что водород, с точки зрения сохранения окружающей среды, является идеальным топливом.

Ключевые слова: водород, топливо, экология, энергетика, энергия.

 

Что будет, когда иссякнут запасы нефти, угля и газа? Сегодня специалисты прогнозируют, что в недалеком будущем традиционные виды топлива может заменить экологически чистый и неисчерпаемый водород. Поэтому для многих стран мира исследования по водородной энергетике становятся приоритетными направлениями развития науки. Они обеспечиваются финансированием как со стороны государства, так и со стороны бизнес-структур. Понятно, что основная цель разработки водородных технологий — снижение зависимости от традиционных энергоносителей, а главное — уменьшение токсических выбросов в атмосферу от сжигания углеводородов.

Уровень загрязнения атмосферы сегодня достиг критического значения. Значительная часть выбросов приходится на транспортные средства.

Нынешние автомобили способствуют появлению смога, загрязнению атмосферы, кислотным дождям, парниковому эффекту. Поэтому уменьшение выбросов является весьма актуальной проблемой, решить которую можно.

Лучшим способом уменьшения выбросов является использование экологически чистого топлива [1, с. 65]. Поэтому необходимо перевести автомобили на альтернативные виды топлива и использовать электродвигатели. Перевод автомобильного транспорта на альтернативное топливо, в частности, водород, даёт принципиально новый подход к экономии сырьевых ресурсов, а также будет способствовать устранению токсичных выбросов.

Но главная проблема состоит в том, что при промышленном производстве топлива на основе водорода возникает ряд трудностей. Для расщепления воды на водород и кислород используются платиносодержащие катализаторы, которые слишком дороги для того, чтобы рассматривать их с точки зрения удовлетворения всех энергетических потребностей человечества. Получение водорода методом электролиза неэффективно с энергетической точки зрения, количество затраченной на это энергии значительно превышает количество энергии, содержащейся в водороде. Процесс получения водорода из ископаемых видов топлива производит большое количество углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу, что сводит на нет весь «зелёный» потенциал от дальнейшего использования водорода в качестве топлива. Однако водород очень рано сбрасывать со счетов благодаря тому, что множество групп учёных и исследователей ведут поиски новых эффективных методов получения водорода.

Интерес к исследованиям, посвящённым проблемам применения водорода в качестве альтернативного топлива, в последние годы стремительно возрастает в ведущих мировых научных центрах. Множество исследований было проведено в исследовательских центрах Германии. Широко известны работы, проводимые в Японии, где исследуется применение газообразного и жидкого водорода, а также присадок этого горючего к топливно-воздушной смеси [11, 12, 14]. Аналогичные исследования были проведены в Норвегии, Польше, Франции, Австралии, Индии и т. д.

Существенный вклад в развитие направления по применению водорода внесли известные российские учёные: В. А. Вагнер, В. А. Звонов, Ю. В. Галышев, Н. А. Иващенко, А. А. Капустинин и другие.

Целью данной работы является ознакомление с возможностями использования водорода, как альтернативного источника энергии.

Итак, основные причины, которые диктуют необходимость скорейшего перехода к альтернативным источникам энергии, следущие:

—                    экологические: традиционные энергогенерирующие технологии пагубно влияют на окружающую среду, дальнейшее их использование неизбежно приводит к катастрофическим изменениям климата;

—                    экономические: себестоимость энергии альтернативных источников гораздо ниже, чем той, которая производится по традиционным энергогенерирующим технологиям;

—                    социальные: численность и плотность населения постоянно растут, поэтому всё труднее находить места для сооружения атомных, тепловых электростанций, ГЭС, на которых производство энергии было бы рентабельным и безопасным не только для людей, но и для природной среды. Социальные потребности общества только в топливе в 40 раз превышают биологические потребности населения в питании и являются более высокими, чем ежегодная аккумуляция энергии в биомассе, а это требует кардинального изменения энергетической политики государства;

—                    эволюционно-исторические: из-за ограниченности топливных ресурсов на планете и нарастания катастрофических изменений в биосфере традиционная энергетика зашла в тупик, для дальнейшего эволюционного развития человеческого сообщества необходим постепенный переход на альтернативные источники энергии;

—                    политические: та страна, которая первой в полной степени освоит альтернативную энергетику, может претендовать на мировое первенство и фактически диктовать цены на топливные ресурсы и технологии.

Международная энергетическая ассоциация (ЕА) прогнозирует, что к 2030 году мировое производство биотоплива увеличится до 150 млн.т. энергетического эквивалента нефти. Ежегодные темпы прироста производства составят 7–9 %. В результате к 2030 году доля биотоплива в общем объёме топлива в транспортной сфере мира достигнет 4–6 % [7, с. 31].

Однако наиболее перспективным энергоносителем является жидкий водород, который обладает самым высоким энергосодержанием из известных видов топлив.

Директор Парижского музея науки Пилатр де Розье в середине 18 века решился на рискованный эксперимент: вдохнул водород, чтобы узнать, как он действует на организм. Ничего не почувствовав, решил вдохнуть пламя свечи. Раздался взрыв — исследователь чудом остался жив. В лёгких водород смешался с остатками воздуха и стал взрывоопасным. Сегодня учёные уверяют: уже научились укрощать водород, мир — на пороге эры водородной энергетики.

Лидером в переходе на водород является транспортная сфера. Автомобили, автобусы, поезда, самолёты и даже подводные лодки всё чаще заменяют традиционное топливо на водород. В Японии такой поезд развивает скорость до 120 км в час и проезжает на одном заряде до 400 км.

В марте 2015 года было объявлено о завершении создания первого в мире «водородного» трамвая в Китае. Китайская локомотиво-строительная компания CSR Sifang, которая базируется в Циндао, завершила работы по созданию первого в мире трамвая, использующего топливные элементы, и трамвай сдан в эксплуатацию. В данное время только Китай располагает подобными технологическими решениями — впервые топливные элементы применены в рельсовом транспорте [4].

А в немецкой армии уже несколько лет на вооружении используются бесшумные водородные субмарины. По прогнозам, к 2050 году все виды энергетики и транспорта перейдут на водород [7, с. 175.].

Ежегодно мир потребляет 460000000 тераджоулей энергии. Эти потребности вполне можно удовлетворить производством водорода, ведь способов его получения и ресурсов множество.

Сегодня есть два промышленных источника получения водорода: электролиз воды (на него длительное время возлагают самые оптимистичные надежды) и химическая конверсия органических веществ (горючих ископаемых, биомассы или продуктов переработки биомассы — спиртов) в синтез-газа (смесь СО и Н2).

Для справки приведём данные Минэнерго США по себестоимости производства водорода: из горючих ископаемых — 1,5, электролизом — 2,5, из биомассы — 2,9 долл. / кг [8; 7, с. 5].

Наибольшего экологического эффекта стоит ожидать, если перевести на водород весь транспорт крупных городов. Ведь именно там происходит массированное загрязнение окружающей среды. Поэтому оценим ситуацию, если бы все моторные топлива, потребляемые в мире, удалось бы заменить на водород. Благодаря его энергоёмкости и более высокому КПД водородных поводов, по сравнению с двигателями внутреннего сгорания, водорода в этом случае нужно будет примерно в 3,2 раза меньше. Но чтобы получить с помощью самых современных электролизных технологий водород, необходимый для замены всех моторных топлив, надо, как минимум, в три раза увеличить производство электроэнергии.

60–65 % всей мировой электроэнергии вырабатывают тепловые электростанции, где сжигают горючие ископаемые (газ, мазут, уголь и т. д.). И эти расходы существенно уменьшить невозможно до тех пор, пока не будет найден новый альтернативный источник электроэнергии, например, термоядерный синтез.

Следующий важный вопрос — глобальные выбросы углекислого газа. Сегодня в результате сжигания углеводородных моторных топлив в атмосферу Земли попадает почти 7 млрд тонн углекислого газа.

Начало широкомасштабной активности Европейского союза в области водородных технологий приходится на период 1999–2001 гг. Тогда была создана Европейская тематическая сетка водородной энергетики.

Основным направлением её деятельности является выработка единой стратегии развития водородной энергетики в странах Европы и внесения соответствующих предложений в официальные структуры ЕС.

В 2002–2003 гг. группа способствовала выработке комплексной программы ЕС (FP6 R & D) в части, принадлежащей водороду, топливным элементам и работам в области возобновляемых источников энергии.

В Соединённых Штатах Америки создают водородную экономику. Ведущие автопроизводители разработали и внедряют в производство водородные двигатели. Учёные из Университета штата Орегон разработали жидкость, которая способна накапливать и отдавать водород. Подобная технология может решить проблему использования перспективного экологического водородного топлива на транспорте и в энергетике.

Жидкость на основе бора и азота позволяет надёжно и безопасно хранить водород при комнатной температуре. Таким образом, появляется возможность использовать её как источник энергии на авто- и авиатранспорте, а также легко заправлять технику или перевозить водород без необходимости использования дорогих и опасных ёмкостей под давлением [6, с. 12].

Использование жидкости для хранения водорода имеет важное достоинство: нет необходимости отказываться от привычной инфраструктуры АЗС и логистики, построенных для традиционного нефтяного топлива. Фактически достаточно заменить бензин новым жидким горючим, а из автомобиля «выбросить» ненужный двигатель внутреннего сгорания и заменить его бесшумными и более эффективными топливными ячейками [6, с. 13].

Шведский физик Сергей Лузан, сотрудник Университета Умео, в своей новой работе, защита которой состоялась 28 сентября 2012 года, описывает новые материалы для эффективного хранения водородного топлива и приводит способ получения графеновых и графановых нанолент. Материалы и методы, описанные в работе, открывают интересные перспективы. В частности — подводят к решению главной проблемы водородных двигателей — создание топливных ячеек, способных хранить значительное количество водорода в достаточно малом объёме [5].

Водородные двигатели в три или четыре раза более эффективны, чем обычные двигатели внутреннего сгорания, да еще и не производят при работе никаких веществ, кроме обычной воды. Главная беда водородного автомобиля — хранение топлива, ведь водород это газ, который имеет достаточно низкую плотность, и хорошего метода хранить его в компактном объёме пока не придумали.

В первой части своей работы Сергей Лузан описывает существующие материалы для хранения водорода — металлоорганические каркасные структуры. Они состоят из кластеров, основанных на цинке или кобальте, которые соединены между собой органическими связями. Эти материалы имеют пористую структуру, поэтому 1 грамм такого материала может иметь общую площадь поверхности размером с несколько футбольных полей. Ежегодно синтезируются десятки новых металлоорганических каркасных структур, которые могут быть использованы для создания нового поколения материалов, предназначенных для хранения водорода.

Радует тот факт, что сейчас в мире налицо прогресс в разработке и внедрении новых энергоносителей и их использовании. Например, весной 2015 года в Шотландии стартовал масштабный коммунальный энергетический проект Levenmouth Community Energy Project. Это большой четырёхлетний проект по исследованию потенциала водорода как топлива будущего. Реализовывать проект будут в период с 2015 по 2020 год на реконструированной территории Метилських доков.

В рамках проекта предполагается использование ветряной и солнечной энергий, которые будут задействованы для питания системы электролиза воды (система будет производить водород). Сам водород будет аккумулироваться и использоваться в качестве источника топлива для гибридных коммерческих транспортных средств, работающих на топливных элементах и дизельных моторах (будет использоваться для заправки 25 гибридных коммерческих автомашин через водородные станции, а также его будут реконвертировать топливными элементами в электричество для обеспечения проекта энергией) [7].

В начале июля 2015 года в Германии был открыт самый большой в мире завод по генерации водорода. Новостройка может обрабатывать до 6 МВт электроэнергии. В компании отмечают, что завод сможет постоянно обеспечивать топливом до 2000 водородных автомобилей и эффективно реагировать на колебания в производстве энергии ветра [7].

В 2015 году производители автомобилей и водородного топлива подписали в Лондоне соглашение о совместном развитии технологий и инфраструктуры транспортных средств с питанием от водородных топливных элементов. Проект HyFIVE (Hydrogen For Innovative Vehicles) является крупнейшей подобной программой в Европе и предполагает инвестиции в 31 млн фунтов (38400000 евро) [3].

Результатом совместной работы должно стать популяризация электромобилей на топливных элементах как экологически чистая альтернатива традиционным транспортным средствам.

В заключение хотелось бы ответить на вопрос: неужели водород — топливо будущего?

Водород имеет высокую энергоемкость, которая в 3–5 раз превышает аналогичный показатель для бензина и нефти. В энергетическом плане ему присущи универсальные свойства: он является восстановителем, энергоносителем и топливом. Потребность в высокоэнергетическом и экологически чистом топливе привела к возникновению водородной энергетики, быстрое развитие которой позволяет утверждать, что водород является горючим будущего.

Водород, с точки зрения сохранения окружающей среды, это идеальное топливо. Сгорая в чистом кислороде, он превращается в воду. Если его получать из воды путём электролиза, то процесс замыкается: вода-водород-вода. Ресурсы этого топлива колоссальные и постоянно возобновляются. Водород может стать универсальным топливом, вот почему его называют топливом будущего. Для получения водорода могут быть применены различные термохимические, электрохимические или биохимические методы с использованием энергии Солнца, атомных и гидравлических электростанций и пр.

Газообразный, даже сильно сжатый водород невыгоден, так как для его хранения нужны баллоны большой массы. Более реальный вариант — использование жидкого водорода, но для этого необходимо устанавливать дорогие криогенные баки со специальной термоизоляцией. Возможна еще одна форма хранения водорода — в твёрдой фазе в составе некоторых металлогидридов (например, железо титановое или магниевое).

В будущем водород станет частью решения проблемы загрязнения окружающей среды. И перспектива этого вида топлива и водородных автомобилей начнет проясняться в ближайшие годы с появлением первых массовых авто на дорогах.

 

Литература:

 

1.    Александров И. К. Перспективы развития транспортных средств с электроприводом / И. К. Александров, В. А. Раков, А. А. Щербакова // Транспорт на альтернативном топливе. — 2011. — № 4. — С. 65–68.

2.    Блинов И. В. Программа США по атомно-водородной энергетике // Атомная техника за рубежом. — 2010. — № 10. — С. 3–14.

3.    В Европе инвестируют 38 млн евро в инфраструктуру для автомобилей на водородном топливе // Геннадий Анисимов // Ведомости. — 04.04.2014.

4.    В Китае создан первый в мире «водородный» трамвай. — 23.03.2015. — [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://geektimes.ru/post/247574/

5.    В поиске материалов для хранения водорода // Научный дайджест № 11: про углерод для водорода, фотонные провода и пчёл. — [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.3dnews.ru/635763.

6.    Коробцев С. В. Безопасность водородной энергетики / С. В. Коробцев, В. Н. Фатеев // Энергия: Экон., техн., экол. — 2013, № 2. — С. 9–16.

7.    Кузык Б. Н., Яковец Ю. В. Россия: стратегия перехода к водородной энергетике. — М.: Институт экономических стратегий. — 2007. — 350 с.

8.    Мордков В. З. Материалы Международного форума по водородным технологиям для производства энергии (6–10 февраля 2006 г.). — М.: РУСДЕМ-Энергоэффект, 2006. — 122 с.

9.    Научная библиотека диссертаций и авторефератов disserCat http://www.dissercat.com/content/vliyanie-dobavok-vodoroda-na-tekhniko-ekonomicheskie-i-ekologicheskie-pokazateli-gazovykh-i-#ixzz3fNM2owz4

10.     Пронин Е. Н. Биогазовые и водородные технологи как инструмент повышения экоэффективности транспорта // Международный научно-технический журнал «Транспорт на альтернативном топливе» — М. — 2010. — № 5 (17). — С. 30–33.

11.     Сидоров М. И. Метод улучшения показателей работы дизеля подачей на впуск водородосодержащего газа //Автореферат диссертации к. т. н. Москва, 2006.

12.     Shy S. S., Lin, W. J., and Wei, J. C., «An Experimental Correlation of Turbulent Burning Velocities for Premixed Turbulent Methane-Air Combustion», Proc. R. Soc. Lond. A, Vol. 456, pp. 1997–2019.

13.     Siemens открыла крупнейший в мире завод по генерации водорода. — 05.07.2015. — [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://tesiaes.ru/?p=13088

14.     Swain M. R., Yusuf, M. J., Dulger, Z., and Swain, M. N., «The Effect of Hydrogen Addition on Natural Gas Engine Operation», SAE Paper 932275, pp 1592–1600.

15.     Toshiba Corporation примет участие в крупном исследовательском проекте в сфере водорода в Шотландии. — [Электронный документ]. Режим доступа: http://www.interfax-russia.ru/Povoljie/pressrel.asp?id=592658

​Сможет ли водород стать в будущем альтернативой ископаемому топливу?

Сможет ли водород стать в будущем альтернативой ископаемому топливу? Исследования идут полным ходом, и многие страны, в том числе Англия и Дания, уже сделали свой выбор.

Анн Девино, евроньюс: “Это электрический автомобиль, но у него нет аккумулятора. Его двигатель сам производит электричество, используя в качестве топлива водород. Многие считают этот газ экологически чистым топливом будущего”.

Замена бензина и дизельного топлива водородом позволит снизить выбросы углекислого газа на дорогах. Европейский проект призван способствовать развитию этой технологии. На сегодняшний день лишь несколько сотен автомобилей в Европе ездят на водороде. Пример показывает Дания. Это первая в мире страна, где существует необходимая инфраструктура на всей ее территории с десятком заправочных станций.

Теж Лаустен ( Tejs Laustsen Jensen), генеральный директор Датского партнерства по водородным и топливным элементам, объясняет: “Вместо аккумулятора используется топливный элемент, в котором кислород вступает в реакцию с водородом, вырабатывая электричество и воду. В результате этой химической реакции, из выхлопной трубы в атмосферу выбрасывается лишь вода.”

Цель проекта – в течение двух лет построить в Европе полсотни водородных заправок. Число машин с таким двигателем на дорогах также должно удвоиться. По сравнению с электромобилями с аккумуляторами, машины с водородным двигателем имеют целый ряд преимуществ.

Прежде всего, двигатель работает мягко, ровно, бесшумно, – продолжает он, – Еще одно преимущество в том, что вы сохраняете все свои привычки, выработанные за рулем автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Когда нужно, вы заезжаете на заправку и через 3 – 5 минут продолжаете путь, проезжая без дозаправки до 600 километров”.

Остается наладить производство экологически чистого водорода, используя возобновляемые источники энергии. И такая технология уже существует. В английском Шеффилде заправочная станция оборудована аппаратом для элекролиза. Ветряной генератор вырабатывает энергию необходимую, чтобы на месте получать водород путем электролиза воды.

Бен Мэдден (Ben Madden), директор Element Energy и координатор проектов h3ME 1 и h3ME 2 сформулировал приоритеты программы: “Большая часть водорода на сегодняшний день добывается из ископаемого топлива, но если мы хотим использовать водород для двигателей, на транспорте, мы должны думать о “зеленых” технологиях производства водорода. Мы можем напрямую связать энергию из возобновляемых источников с производством водорода и использовать его в наших двигателях”

Сегодня научные исследования направлены на то, чтобы повысить эффективность электролизеров, устройств, которые расщепляют воду на водород и кислород. Водород затем очищется и может храниться прямо на месте. В этом его преимущество.

Эта компания занимается разработкой усовершенствованных электролизеров для производства “чистого” водорода.

Говорит руководитель проекта Чарльз Перклис: “Мы можем добывать водород при избытке электроэнергии, когда она дешева и имеет “зеленое” происхождение. Это можно делать где угодно, прямо на заправочных станциях уже сейчас. Это дает нам возможность отказаться от доставки топлива бензовозами”.

Однако пока еще не решена проблема высокой стоимости. На сегодняшний день цена таких машин и самого топлива гораздо выше, чем для обычных автомобилей.

Бен Мэдден настроен оптимистично: “Надеемся, что к 2025 году цены на машины с двигателем, работающим на водороде и на топливо для него будут сопоставимы с ценами на использование бензиновых и дизельных автомобилей. Это наша цель.”

Станут ли машины, работающие на водороде, конкурентами электромобилей, работающих от аккумулятора? Места на дорогах должно хватить всем экологически чистым автомобилям.

Теж Лаустен: “В будущем в машинах будут использоваться как аккумуляторы, так и водородные двигатели. Уже сейчас на дорогах можно встретить гибридные машины с водородным двигателем и аккумулятором. Я думаю, решение есть, и не одно, но в первую очередь нужно победить в конкурентной борьбе с двигателем внутреннего сгорания”.

Будем надеяться, что через десяток лет на европейских дорогах появятся сотни тысяч машин, работающих на водороде.

Источник: euronews

Опубликовано по рекомендации Александра Раменского

Будущее водорода — Анализ

Пришло время задействовать потенциал водорода, чтобы сыграть ключевую роль в обеспечении чистой, безопасной и доступной энергетики будущего. По запросу правительства Японии, председательствующей в «Группе двадцати», Международное энергетическое агентство (МЭА) подготовило этот знаменательный отчет для анализа текущего состояния дел с водородом и предоставления рекомендаций по его будущему развитию. В отчете делается вывод, что чистый водород в настоящее время пользуется беспрецедентным политическим и деловым импульсом, а количество политик и проектов во всем мире быстро растет.В нем делается вывод о том, что настало время расширить масштабы технологий и снизить затраты, чтобы водород получил широкое распространение. Прагматические и действенные рекомендации правительствам и промышленности, которые предоставлены, позволят в полной мере воспользоваться этим растущим импульсом.

Водород может помочь в решении различных критических энергетических проблем. Он предлагает способы обезуглероживания ряда секторов, включая перевозки на дальние расстояния, химическую промышленность, а также производство чугуна и стали, где оказывается трудным существенно сократить выбросы.Это также может помочь улучшить качество воздуха и укрепить энергетическую безопасность. Несмотря на очень амбициозные международные климатические цели, глобальные выбросы CO ₂ , связанные с энергетикой, достигли рекордно высокого уровня в 2018 году. Загрязнение атмосферного воздуха также остается актуальной проблемой: ежегодно преждевременно умирают около 3 миллионов человек.

Водород универсален. Технологии, уже доступные сегодня, позволяют водороду производить, хранить, перемещать и использовать энергию по-разному. Для производства водорода можно использовать самые разные виды топлива, включая возобновляемые источники энергии, ядерную энергию, природный газ, уголь и нефть.Его можно транспортировать в виде газа по трубопроводам или в жидкой форме на судах, как и сжиженный природный газ (СПГ). Он может быть преобразован в электричество и метан для питания домов и пищевой промышленности, а также в топливо для автомобилей, грузовиков, кораблей и самолетов.

Водород может позволить возобновляемым источникам энергии внести еще больший вклад. Он может помочь с переменной производительностью возобновляемых источников энергии, таких как солнечная фотоэлектрическая энергия (PV) и ветер, доступность которых не всегда соответствует спросу.Водород является одним из ведущих вариантов хранения энергии из возобновляемых источников и выглядит многообещающим вариантом с наименьшими затратами для хранения электроэнергии в течение нескольких дней, недель или даже месяцев. Водород и топливо на основе водорода могут транспортировать энергию из возобновляемых источников на большие расстояния — из регионов с обильными солнечными и ветровыми ресурсами, таких как Австралия или Латинская Америка, в энергоемкие города за тысячи километров.

В прошлом для водорода были неудачные попытки; на этот раз могло быть иначе. Недавние успехи солнечных фотоэлектрических, ветряных, аккумуляторных и электрических транспортных средств показали, что политические и технологические инновации способны создать глобальные отрасли экологически чистой энергии. В условиях постоянно меняющегося мирового энергетического сектора универсальность использования водорода вызывает все больший интерес со стороны различных групп правительств и компаний. Поддержка исходит от правительств, которые импортируют и экспортируют энергию, а также от поставщиков электроэнергии из возобновляемых источников, производителей промышленного газа, электроэнергетических и газовых компаний, автопроизводителей, нефтегазовых компаний, крупных инжиниринговых компаний и городов.Инвестиции в водород могут способствовать развитию новых технологий и промышленности во всем мире, создавая квалифицированные рабочие места.

Водород можно использовать гораздо шире. Сегодня водород используется в основном в нефтепереработке и производстве удобрений. Чтобы он мог внести значительный вклад в переход к чистой энергии, его также необходимо внедрить в секторах, где он почти полностью отсутствует в настоящее время, таких как транспорт, здания и производство электроэнергии.

Однако чистое и широкое использование водорода при глобальном переходе к энергетике сталкивается с рядом проблем:

• Производство водорода из низкоуглеродной энергии в настоящее время является дорогостоящим. Анализ МЭА показывает, что стоимость производства водорода из возобновляемых источников энергии может упасть на 30% к 2030 году в результате снижения затрат на возобновляемые источники энергии и увеличения производства водорода. Топливные элементы, заправочное оборудование и электролизеры (производящие водород из электричества и воды) могут выиграть от массового производства.
• Водородная инфраструктура развивается медленно и сдерживает широкое распространение. Цены на водород для потребителей сильно зависят от количества заправочных станций, частоты их использования и количества поставляемого водорода в день. Решение этой проблемы, вероятно, потребует планирования и координации с участием национальных и местных органов власти, промышленности и инвесторов.
• Сегодня водород почти полностью обеспечивается за счет природного газа и угля. Водород уже используется в промышленных масштабах по всему миру, но его производство отвечает за годовые выбросы CO2, эквивалентные выбросам в Индонезии и Соединенном Королевстве вместе взятых. Использование этого существующего масштаба на пути к экологически чистой энергии будущего требует как улавливания CO2 при производстве водорода из ископаемого топлива, так и увеличения поставок водорода из чистой электроэнергии.
• В настоящее время правила ограничивают развитие индустрии чистого водорода. Правительство и промышленность должны работать вместе, чтобы существующие правила не создавали ненужных препятствий для инвестиций.Торговля выиграет от общих международных стандартов безопасности транспортировки и хранения больших объемов водорода и отслеживания воздействия на окружающую среду различных поставок водорода.

МЭА определило четыре краткосрочные возможности для увеличения количества водорода на пути к его чистому и повсеместному использованию. Сосредоточение внимания на этих реальных трамплинах может помочь водороду достичь необходимого масштаба, чтобы снизить затраты и снизить риски для правительств и частного сектора.Хотя у каждой возможности есть своя цель, все четыре также взаимно усиливают друг друга.

1. Сделайте промышленные порты нервными центрами для расширения использования чистого водорода. Сегодня большая часть нефтеперерабатывающих и химических производств, в которых используется водород на основе ископаемого топлива, уже сосредоточена в прибрежных промышленных зонах по всему миру, таких как Северное море в Европе, побережье Мексиканского залива в Северной Америке и юго-восточный Китай. Поощрение этих заводов к переходу на более чистое производство водорода снизит общие затраты.Эти крупные источники подачи водорода могут также использоваться для заправки судов и грузовиков, обслуживающих порты, и других близлежащих промышленных объектов, например сталелитейных заводов.
2. Построить на существующей инфраструктуре, такой как миллионы километров газопроводов. Внедрение чистого водорода для замены всего 5% объема поставок природного газа в страны значительно повысит спрос на водород и снизит затраты.
3. Расширить водород в транспорте через автопарк, грузовые перевозки и коридоры. Использование автомобилей, грузовиков и автобусов с большим пробегом для перевозки пассажиров и грузов по популярным маршрутам может сделать автомобили на топливных элементах более конкурентоспособными.
4. Открытие первых международных судоходных маршрутов для торговли водородом. Уроки успешного роста мирового рынка СПГ можно использовать. Международная торговля водородом должна начаться в ближайшее время, если мы хотим, чтобы она повлияла на глобальную энергетическую систему.

Международное сотрудничество имеет жизненно важное значение для ускорения роста производства универсального чистого водорода во всем мире. Если правительства будут работать над увеличением масштабов использования водорода скоординированным образом, это может помочь стимулировать инвестиции в заводы и инфраструктуру, что снизит затраты и позволит обмениваться знаниями и передовым опытом. Торговля водородом выиграет от общих международных стандартов. Как глобальная энергетическая организация, охватывающая все виды топлива и все технологии, МЭА будет продолжать предоставлять тщательный анализ и рекомендации по вопросам политики для поддержки международного сотрудничества и эффективного отслеживания прогресса в предстоящие годы.

В качестве дорожной карты на будущее мы предлагаем семь ключевых рекомендаций, которые помогут правительствам, компаниям и другим лицам воспользоваться этим шансом и позволить чистому водороду реализовать свой долгосрочный потенциал.

Вот и наконец приложение-убийца для водородной энергетики

Фотограф: Эд Джонс / AFP через Getty Images

Фотограф: Эд Джонс / AFP через Getty Images

Несомненно, водород — это будущее энергии.Иначе зачем Евросоюзу в рамках своей «зеленой сделки» планировать вкладывать 470 миллиардов евро (550 миллиардов долларов) в инфраструктуру для электролиза и использования этого материала? Иначе зачем Китаю, Японии и Южной Корее делать огромные ставки на газ?

Энтузиазм по поводу водорода имеет простую причину: используется ли он в топливном элементе или сжигается для получения тепла, единственный «выхлоп», который он выделяет, — это невинно чистая вода. Поэтому везде, где водород заменяет ископаемое топливо, он помогает замедлить глобальное потепление.Это объясняет мировую гонку за доминирование в различных нишах рынка, который, по прогнозам некоторых банков, к 2050 году достигнет триллионов долларов.

Опять же, возможно, это всего лишь последний из нескольких пузырей водорода, которым суждено лопнуть, как и всем остальным. Первый, раздуваемый основополагающим эссе 1970 года, разлетелся в следующем десятилетии, прежде чем в 1980-х годах обанкротился. Второй расширился и лопнул вместе с технологическим пузырем около 2000 года. Может быть, будущее за водородом… и так будет всегда.

У него, безусловно, есть серьезные недостатки. Да, это самый распространенный элемент во Вселенной. Но в чистом виде он не появляется на Земле. Поэтому его необходимо разделить, пропустив через воду электрический ток, чтобы разделить атомы кислорода и водорода. Для этого требуется энергия, которую лучше быть «зеленой», то есть полученная от солнца, ветра или других возобновляемых источников энергии. Иначе какой в ​​этом смысл?

Больше из

Этот процесс делает зеленый водород дорогим по сравнению с ископаемыми видами топлива, такими как природный газ и водород, улавливаемые менее чистыми способами.BloombergNEF, энергетический институт нашей материнской компании, считает, что технологические усовершенствования быстро сделают ее дешевле в ближайшие годы. Но даже в этом случае его все равно сложно транспортировать и хранить. Если он не сочетается с другими химическими веществами, его необходимо сжать до давления, в 700 раз превышающего атмосферное, или охладить до минус 253 градусов Цельсия. Водород тоже любит взрываться.

Эти недостатки практически исключают водород из области применения, которая в настоящее время вызывает наибольшую шумиху: в качестве топлива для автомобилей, фургонов и грузовиков.Практически по всем показателям автомобили, работающие на водородных топливных элементах, проигрывают своим конкурентам по «чистой энергии» — электромобилям, работающим на аккумуляторах.

Для начала, водородные автомобили вдвое менее эффективны. Если электромобиль преобразует 86% энергии, первоначально использованной ветряной турбиной, для движения вперед, водородный автомобиль имеет доступ только к 45%. Автомобиль с топливным элементом также имеет больше движущихся частей и дороже в обслуживании, чем автомобиль с аккумулятором. И, в отличие от аккумуляторной машины, его нельзя «перезарядить» дома.

Это плохая новость, особенно для Toyota Motor Corp., Hyundai Motor Co. и Honda Motor Co. Ltd., автопроизводителей, которые делают самые большие ставки на водород при транспортировке. Доводы в пользу грузовиков с водородом также слабые.

Майкл Либрейх, основатель BloombergNEF, считает, что водород не подходит даже для поездов. Это просто устранило бы необходимость электрифицировать путь, в то же время обеспечив более сложное и менее эффективное решение. Только в авиации на дальние расстояния или в морских перевозках водород может превзойти электрические батареи благодаря более высокой плотности энергии.Батареи, чтобы перебросить самолет на другой конец света, были бы слишком большими и тяжелыми.

Водород работает не намного лучше для отопления жилых домов: обычно проще использовать экологически чистую электроэнергию для питания тепловых насосов, которые также можно «перевернуть» для охлаждения. В большинстве промышленных применений для получения тепла водород также проигрывает электричеству.

Таким образом, долгосрочным решением проблемы замедления глобального потепления является электрификация всего, если это электричество поступает из возобновляемых источников.Да, вот в чем загвоздка. Мы просто не можем все запустить на электричестве. И у нас никогда не будет достаточно сильного и надежного солнца и ветра, чтобы свет был включен постоянно и везде.

Итак, вот наконец приложение-убийца для водорода. Это может быть топливо, которое восполняет пробелы, когда чистые электрические сети будущего не успевают за ними. На этот раз газ кажется однозначно лучше всех других вариантов, включая ядерную энергию.

Мы можем электролизовать водород всякий раз, когда у нас избыток солнца или ветра.Как предсказывает Либрейх, мы будем хранить его в огромных подземных пещерах возле центральных узлов наших электрических сетей, где его можно будет в кратчайшие сроки поджечь во время перерывов в прямом производстве электроэнергии. Таким образом, водород является дополнительной технологией, которая делает возможным общий проект электрификации и декарбонизации.

Это огромно. Это также означает, что, в то время как некоторые из сегодняшних инвестиций в водород потерпят неудачу, другие окупятся впечатляюще. И часть их возвращения может быть спасением нашей планеты.

Эта колонка не обязательно отражает мнение редакционной коллегии или Bloomberg LP и ее владельцев.

Чтобы связаться с автором этой статьи:
Андреас Клут по адресу [email protected]

Чтобы связаться с редактором, ответственным за эту статью:
Николь Торрес по адресу [email protected]

Прежде чем оказаться здесь, он находится на терминале Bloomberg.

УЧИТЬ БОЛЬШЕ

Зеленый водород, топливо будущего, готов к 50-кратному расширению

Зеленый водород, производимый с использованием возобновляемых источников энергии, может декарбонизировать некоторые из наиболее энергоемких… [+] отрасли.

getty

Водород был топливом будущего на протяжении десятилетий и всегда обещал принести огромные выгоды примерно через пять лет.

Теперь похоже, что будущее наступило, когда семь крупнейших разработчиков проектов по производству зеленого водорода собрались вместе, чтобы запустить инициативу Green Hydrogen Catapult Initiative, стремясь увеличить производство зеленого водорода в 50 раз в течение следующих шести лет.

Зеленый водород производится с использованием возобновляемых источников энергии и электролиза для разделения воды и отличается от серого водорода, который производится из метана и выделяет парниковые газы в атмосферу, и голубого водорода, который улавливает эти выбросы и хранит их под землей, чтобы не допустить возникновения климата. менять.

Новая инициатива направлена ​​на снижение стоимости зеленого водорода до менее 2 долларов за кг, что поможет сократить выбросы в наиболее углеродоемких отраслях промышленности мира, включая сталелитейное производство, судоходство, производство химикатов и производство электроэнергии. Партнерами-учредителями являются саудовская группа экологически чистой энергии ACWA Power, австралийский разработчик проекта CWP Renewables, китайский производитель ветряных турбин Envision, европейские энергетические гиганты Iberdrola и Ørsted, итальянская газовая группа Snam и норвежский производитель удобрений Yara.

Недавний анализ показывает, что 2 доллара за кг — это потенциальный переломный момент, который сделает экологически чистый водород и производные от него топлива конкурентоспособными во многих секторах, включая производство стали и удобрений, производство электроэнергии и дальние перевозки. Зеленый аммиак, который производится из зеленого водорода, проходит испытания в качестве возможной замены ископаемого топлива при производстве тепловой энергии, что значительно снизит интенсивность выбросов существующей энергетической инфраструктуры.

Компании надеются получить 25 ГВт зеленого водорода к 2026 году, что окажет серьезное влияние на выбросы в тяжелой промышленности и транспортном секторе.

«С точки зрения отрасли мы не видим технических препятствий для достижения этой цели, поэтому пора перейти к эффективному циклу снижения затрат за счет масштабирования», — сказал Падди Падманатан, генеральный директор ACWA Power. «Возглавив гонку за поставку фотоэлектрической энергии по цене значительно ниже 2 долларов США за киловатт-час в определенных регионах, мы считаем, что коллективная изобретательность и предпринимательство частного сектора могут обеспечить экологически чистый водород по цене менее 2 долларов США за килограмм в течение четырех лет. .”

Расширение масштабов использования зеленого водорода будет иметь важное значение для оказания помощи мировой экономике в достижении чистых нулевых выбросов к 2050 году и ограничении повышения глобальной температуры до 1,5 ° C.

Зеленый водород может обеспечить до 25% мировых потребностей в энергии к 2050 году и стать доступным рынком на 10 триллионов долларов США к 2050 году, согласно Goldman Sachs. Ряд стран недавно опубликовали национальные водородные стратегии, включая Австралию, Чили, Германию, ЕС, Японию, Новую Зеландию, Португалию, Испанию и Южную Корею.

Для достижения цели Catapult потребуются инвестиции в размере примерно 110 миллиардов долларов США и создание более 120000 рабочих мест, поэтому это также сыграет важную роль в помощи экономикам оправиться от последствий COVID-19.

Группа ищет новых членов — «преданных своему делу предприятий с согласованным видением и разрабатываемых проектов гигаваттного масштаба, а также заинтересованных инвесторов, клиентов, а также городских и региональных властей» для участия по мере того, как инициатива принимает форму и набирает силу в преддверии следующего саммита ООН по климату, который намечено провести в Глазго в ноябре 2021 года.

Инвестиции в производство зеленого водорода к 2023 году должны превысить 1 миллиард долларов в год, поскольку затраты как на возобновляемые источники энергии, так и на технологию электролизеров падают, а правительства вводят поддерживающую политику, согласно IHS Markit, который перед объявлением о Зеленой водородной катапульте заявил, что существует уже был конвейер из 23 ГВт проектов электролиза по сравнению с нынешней мощностью всего 82 МВт.

«Инвестиции в электролиз стремительно растут во всем мире. Трубопровод до 2030 года будет развивать мощность более 23 ГВт, что более чем в 280 раз превышает текущую мощность », — сказала Кэтрин Робинсон, исполнительный директор подразделения водорода и возобновляемого газа IHS Markit.

Затраты на производство зеленого водорода снизились на 40% с 2015 года и, как ожидается, упадут еще на 40% до 2025 года.

Может ли водород стать топливом будущего?

Если только вы не живете в Калифорнии, которая предприняла какую-то инициативу по созданию инфраструктуры для поддержки заправки водородом, есть вероятность, что вы никогда не видели возможности заправить свой автомобиль водородом в последний раз, когда вы были на заправке.

С другой стороны, если вы недавно были в автосалоне, скорее всего, вы видели автомобили с обычными бензиновыми двигателями, дизелями и, возможно, даже несколькими гибридами.Но автомобили на водороде? Скорее всего, не.

И это одно из самых больших препятствий на пути внедрения новой энергетической технологии: производители и распределители энергии нуждаются в инфраструктуре для удовлетворения спроса на их топливо. Но на самом деле спрос не может существовать без инфраструктуры, которая его поддерживает. Это похоже на проблему «курица и яйцо», но разница в том, что решение, вероятно, стоит миллиарды.

Еще один существенный недостаток водорода заключается в том, что, хотя его много, водородное топливо может быть трудным и дорогостоящим для хранения.При нормальной комнатной температуре водород существует в виде газа. Чтобы перевести водород в жидкое состояние, которое можно хранить, переносить и в конечном итоге использовать в качестве топлива, требуется температура -423 градуса по Фаренгейту (-253 градуса по Цельсию). Для того, чтобы хранить водородное топливо в холодном состоянии, необходимы специальные емкости, такие как тот, что на фото слева.

Наконец, автомобили с водородным двигателем в настоящее время слишком дороги для среднего потребителя. В прошлом году Toyota объявила, что к 2015 году производитель автомобилей намеревается произвести автомобиль с водородным двигателем, который будет стоить около 50 000 долларов, что на 90 процентов ниже нынешней цены на эти автомобили, согласно отчету Bloomberg News.В какой-то момент затраты на производство каждого автомобиля доходили до 1 миллиона долларов.

Другими словами, хотя водород является многообещающим и привлекает значительное внимание и инвестиции со стороны энергетических компаний и производителей автомобилей, его время еще не пришло. Так что да, водород может стать источником топлива будущего, но завтра вам, вероятно, все равно придется заправлять свой автомобиль обычным старым бензином.

Водород: к нулевым выбросам | Shell Global

Конечная цель Shell — производить экологически чистый водород путем электролиза с использованием возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнца.Но быстрый переход к энергетике означает, что и зеленый, и синий водород могут сыграть свою роль в грядущем десятилетии. Голубой водород производится из природного газа, а затем декарбонизируется с использованием улавливания и хранения углерода.

Чтобы не отставать от растущего спроса на водород и возобновляемые источники энергии, голубой водород может обеспечить временное решение, помогающее построить водородную экосистему, при этом снижая выбросы.

См. Текущие проекты Shell ниже:

Германия: Электролизер REFHYNE

В Германии Shell работает над электролизером REFHYNE, который будет производить зеленый водород с использованием возобновляемых источников энергии.При жизненно важном финансировании совместного предприятия ЕС по топливным элементам и водороду этот электролизер мощностью 10 МВт, в котором используется передовая технология протонообменной мембраны (PEM), станет одним из крупнейших водородных электролизеров такого типа после завершения строительства в 2021 году. Завод будет построен компанией ITM Power и управляемой Shell, производящей 1300 тонн водорода в год.

Нидерланды: North3

Shell вместе со своими партнерами по консорциуму, Gasunie и Groningen Seaports, стремится к 2040 году построить в Нидерландах крупнейший в Европе проект по производству экологически чистого водорода.Если будет получено разрешение, North3 сможет производить более 800 000 тонн зеленого водорода с помощью электроэнергии, вырабатываемой морской ветряной электростанцией мощностью 10 ГВт в Северном море. В декабре 2020 года к консорциуму присоединились RWE и Equinor.

Нидерланды: Rotterdam Green Hydrogen Hub

Shell работает вместе с партнерами над созданием экологически чистого водородного центра в порту Роттердама. В июле 2020 года Shell и Eneco выиграли тендер на морской ветроэнергетический проект Hollandse Kust Noord мощностью 759 МВт в Северном море, который будет введен в эксплуатацию в 2023 году.Shell планирует построить в порту Роттердама электролизер мощностью 200 МВт, который должен начать работу к 2023 году и производить около 50 000–60 000 кг водорода в день. Производимый зеленый водород первоначально будет использоваться на нефтеперерабатывающем заводе Shell в Пернисе для частичной декарбонизации производства ископаемого топлива. Окончательное инвестиционное решение по электролизеру еще не принято.

Нидерланды: Emmen

Солнечный парк мощностью 12 МВт строится как часть энергетического узла GZI Next.Помимо производства солнечной энергии, этот энергетический центр будет также производить водород.

Китай: город Чжанцзякоу

В ноябре 2020 года Shell представила свой первый коммерческий водородный проект в Китае. Эта инфраструктура включала водородный электролизер мощностью 20 МВт, который будет производить зеленый водород из обильных ветряных и солнечных ресурсов в провинции Хэбэй. Совместное предприятие с городом Чжанцзякоу будет использоваться для поддержки развития водородной энергетики и чистой энергии в регионе, а также для снабжения водородных заправочных станций в Чжанцзякоу, который является одним из совладельцев зимних Олимпийских игр 2022 года в Пекине.

Посмотреть все проекты на карте мира можно здесь.

Водород — топливо будущего?

Перенесемся в 2030 год. Пандемия коронавируса — это история, экономика восстановилась, но многое изменилось. Во-первых, сейчас основное внимание уделяется устойчивости. А химический элемент с атомным номером 1 — водород — занимает постоянное место в энергобалансе многих стран Европы, Америки и Азии. Он занимает видное место в транспорте, промышленности и строительстве, а также играет незаменимую роль в системах хранения зеленой энергии и в качестве экологически чистого топлива для общественного транспорта.Технология была долгой, и H ₂ только начал свое триумфальное шествие десять лет назад.

Назад в настоящее. Все больше признаков того, что это видение становится реальностью. В 2020 году Европейский союз и Германия представили свои дорожные карты по водороду вместе с финансированием на ближайшее десятилетие. И число вариантов использования эффективной водородной энергетики растет, особенно в промышленности и на транспорте.

Реалистичное видение?

Так чего еще не хватает? Что должно произойти, чтобы способствовать окончательному и устойчивому прорыву в использовании водорода? Один из ответов на этот вопрос заключается в том, чтобы связать ключевых игроков, то есть всех, от секторов производства, хранения и распределения до производителей автомобилей и заводов, работающих на водороде, а также коммерческих и частных пользователей.В то же время все еще отсутствует единообразная и прозрачная ценовая политика, например, существующий центральный рынок электроэнергии. А с технической стороны «зеленый» процент этого источника топлива — количество, произведенное путем электролиза с использованием возобновляемых источников энергии, — должен увеличиваться.

При соблюдении этих условий водород может стать широко распространенным источником энергии для таких приложений, как системы обогрева топливных элементов и приводы коммерческих транспортных средств. Химическая промышленность найдет надежных покупателей для вещества, которое часто возникает в результате реакций.А переключив свои доменные печи с угля на водородную энергию, производители стали могут существенно снизить свои затраты, а также снизить воздействие на окружающую среду благодаря снижению выбросов CO ₂ .

Япония как первопроходец

Япония может служить образцом для реализации водородных стратегий на практике. В 2017 году компания поставила перед собой цель создать глобальную цепочку поставок и клиентов — 800 000 автомобилей на топливных элементах, 1 200 автобусов и 10 000 вилочных погрузчиков только в Японии. Коммунальные системы в некоторых домах уже переключены.С 2009 года было установлено около 300 000 микротЭЦ на водородной основе, и ожидается, что к 2030 году это число превысит пять миллионов. Они обеспечивают теплом и электроэнергией не только домашние хозяйства, но и konbini , популярные магазины шаговой доступности. Вокруг часов. Их постоянная потребность в тепле и энергии делает их идеальным вариантом использования топливных элементов.

Пример Японии показывает, что водородная экономика может производить энергию на устойчивой основе и соответствовать целевым показателям выбросов CO ₂ .Это также могло бы побудить многие отрасли промышленности разрабатывать, устанавливать и экспортировать компоненты этой новой технологии. Согласно недавнему исследованию Ассоциации машиностроительной промышленности (VDMA), потенциальный рынок машиностроения и машиностроения во всем мире может составить более 300 миллиардов евро в год, если компании будут стремиться к экологически чистым технологиям в своих разработках. Это соответствует 12–15 процентам мировых продаж сектора или текущему общему уровню продаж в секторе машиностроения и машиностроения Германии.В исследовании отмечается, что инновации, облегчающие использование водорода, имеют очень высокий уровень потенциала.

Преимущества водорода известны давно. Этот источник энергии доступен в основном на предприятиях химического производства; ни его хранение, ни распространение не создают серьезных препятствий, и его «потребители», такие как топливные элементы и адаптированные двигатели внутреннего сгорания, также проходят испытания. Хотя водородные циклы обсуждаются уже более двадцати лет, они просто еще не набрали обороты.

База создана, сети отсутствуют

Однако текущая ситуация выглядит готовой. По словам Кристиана Диттмер-Петерса, партнера Porsche Consulting, «есть три решающих фактора: прозрачность в таких вопросах, как источники и доступные количества водорода, четкие правила, касающиеся таких процессов, как обращение с газами, и, что наиболее важно, сеть для всех соответствующие игроки. Водород можно широко использовать только в том случае, если можно создать сеть с соответствующими бизнес-моделями.Это включает в себя не только инфраструктуру и техническое оборудование, но и совершенно новые услуги ».

Это как раз и есть точка преткновения. Диттмер-Петерс описывает нынешнее созвездие как противостояние, в котором каждый член цепочки процессов ждет, пока все остальные сделают шаг. «Сейчас необходимы инвестиции в производство и распределение водорода, а также в заправочные станции и распределительные центры. Многие компании готовы. Чтобы участники взяли на себя обязательства и двигались вперед, они должны установить связь друг с другом и разработать жизнеспособные долгосрочные бизнес-модели.”

И здесь шансы на развитие сейчас более благоприятны, чем когда-либо. «Существует огромный потенциал из-за множества пробелов в цепочке создания стоимости, которые все еще необходимо заполнить», — объясняет Диттмер-Петерс. Для компаний, которые уже работают в сегодняшнем энергобалансе, например, в нефтехимической промышленности, совершенно неясно, какую роль они будут играть в будущем. Будут ли они производителями, поставщиками или, возможно, в первую очередь потребителями? И какие новые партнеры или конкуренты войдут в картину?

Duisport: H

₂ Инфраструктура внутренних портов

В настоящее время очень широкий круг игроков инвестирует в конкретные приложения для водорода.Дуиспорт, например, является крупнейшим внутренним портом Германии и центральным логистическим центром Европы. Расположенный на Рейне, для порта Дуйсбурга водород является важной частью его стратегии устойчивого развития, поэтому он участвует в совместном предприятии Rh3INE (Rhine Hydrogen Integration Network of Excellence). «Этот проект направлен на введение водородных барж в коридоре Рейн-Альп и создание водородной инфраструктуры в портах вдоль Рейна к 2030 году», — говорит Эрих Стааке, генеральный директор Duisport.ЕС инвестирует полмиллиона евро в изучение технологических и нормативных требований к водородным перевозкам между Роттердамом и Генуей.

Водород для производства стали

Совместный проект Thyssenkrupp Steel Europe и энергетической компании RWE также амбициозен. RWE планирует построить электролизер на своем заводе в Лингене на северо-западе Германии для производства зеленого водорода. Thyssenkrupp, крупнейший производитель стали в Германии, будет одним из потребителей.Компания планирует использовать водород для производства сырого железа на своем предприятии в Дуйсбурге. Электролизер мощностью 100 мегаватт сможет производить 1,7 тонны водорода в час. Это означает, что Thyssenkrupp Steel сможет производить 50 000 тонн климатически нейтральной стали в год и сэкономить на налогах на выбросы углерода. Ожидается, что это преобразование, которое станет очень важным шагом на пути к защите климата, состоится к 2022 году.

Проект является частью инициативы Get h3, совместной работы предприятий и исследовательских институтов по созданию конкурентного рынка водорода в Германии.Все началось с проекта Lingen Project, который объединил восемь партнеров из секторов энергетики, промышленности, транспорта и отопления. «Ключевым моментом сейчас является не только использование технологии в небольших проектах НИОКР, но и подготовка ее к массовому производству в связи с более крупными проектами и общим подходом. Мы хотим, чтобы наш проект внес здесь серьезный вклад », — говорит Йорг Мюллер, генеральный директор Enertrag, одной из компаний-партнеров. Этот пример иллюстрирует важность объединения всех участников цепочки создания стоимости H ₂ , отмечает Кристиан Диттмер-Петерс.«Когда нужные люди от производства до хранилища садятся за один стол с пользователями и находят способ совместной работы, выигрывают все». Старт сделан.

Цвета водорода

Водород всегда водород? Это бесцветный газ. Но способ его производства может иметь значение. Для категоризации используется цветовая система. Вот три основных типа:

Зеленый: производится из воды путем электролиза с использованием возобновляемых источников энергии, что делает его единственной нейтральной формой CO ₂ .

Серый: производится из ископаемого топлива, что может иметь смысл в переходный период.

Синий: первоначально производился как серый водород

Коротко о преимуществах водорода

Использование водорода создает реальные беспроигрышные ситуации в технологической цепочке.

Энергетика: хранение и поставка по мере необходимости электроэнергии, произведенной с помощью ветровой, гидро- или солнечной энергии.

Инфраструктура: новых направлений бизнеса, эл.g., для портов, заправочных станций, поставщиков энергии и местных поставщиков.

Отрасль: способность достичь целей в области устойчивого развития и сократить расходы за счет избежания санкций и налогов на выбросы CO ₂ .

Транспорт и логистика: более низкий уровень выбросов CO ₂ и уровень шума, больший запас хода за счет компактных складских мощностей.

Информация

Текст впервые опубликован в журнале Porsche Consulting Magazine.

Зеленый водород — топливо будущего

AleaSoft, 21 января 2020 г.Водород станет топливом будущего и постепенно заменит все существующие ископаемые виды топлива. В AleaSoft был проведен анализ воздействия водорода на энергетический сектор как ключевого фактора экологического перехода, а также были подведены итоги настоящего и будущего использования этого газа в различных секторах экономики.

Водород — самый распространенный элемент во Вселенной. Он используется в качестве сырья для нефтепереработки, производства аммиака и метанола, а также при производстве стали.Текущий мировой спрос на водород составляет более 70 миллионов тонн в год.

Поставка водорода промышленным потребителям в настоящее время является важным бизнесом во всем мире. Спрос на водород, который увеличился более чем в три раза с 1975 года, продолжает расти, почти полностью за счет ископаемого топлива, при этом 6% мирового природного газа и 2% мирового угля предназначены для производства водорода.

Источник: подготовлено AleaSoft с использованием данных МЭА.

Число стран, проводящих политику прямой поддержки инвестиций в водородные технологии, растет вместе с числом целевых секторов.Сегодня существует около 50 целей, предписаний и стимулов для политики, которая напрямую поддерживает водород, большинство из них сосредоточено на транспортном секторе.

Производство водорода

Почти весь нынешний водород производится из углеводородов, таких как природный газ и уголь. Как следствие, производство водорода является причиной выбросов около 830 миллионов тонн двуокиси углерода в год, что эквивалентно совокупным выбросам CO ₂ Соединенного Королевства и Франции.

Однако есть экологически чистая альтернатива, так называемый зеленый водород . Это водород, полученный при электролизе воды. Для этого процесса требуется электричество, поэтому, если будет использоваться генерация из возобновляемых источников, водород будет получен без выбросов в процессе.

Получение зеленого водорода электролизом воды из возобновляемых источников энергии.
Источник: Wood Mackenzie

.

С уменьшением затрат на возобновляемую электроэнергию, в частности солнечную фотоэлектрическую и ветровую энергию, интерес к экологически чистому водороду растет, и в последние годы было реализовано несколько демонстрационных проектов.Однако задача не из легких. Перенос всего текущего производства водорода составит потребности в электроэнергии на в размере 3600 ТВтч, что больше, чем годовое производство электроэнергии во всем Европейском Союзе.

Строительство электролизеров в местах с хорошими условиями использования возобновляемых ресурсов может стать недорогим вариантом поставки водорода, даже с учетом затрат на транспортировку и распределение водорода от мест установки возобновляемых источников энергии, часто удаленных, до самого конца. пользователей.

Производство водородной электроэнергии

Чтобы получить электричество из водорода, проводят в точности обратную реакцию, чем получение водорода. В этом случае он вступает в реакцию с кислородом, получая электричество и воду. Устройство, отвечающее за проведение этой реакции, называется топливным элементом . Одно из первых практических применений топливных элементов было в космических аппаратах, где, помимо электроснабжения, полученная вода может использоваться космонавтами для питья или для охлаждения систем корабля.

Принцип работы водородного топливного элемента.
Источник: geek.com

Таким образом, производство электроэнергии с помощью топливных элементов из водорода является 100% чистым, а также в качестве побочного продукта образуется питьевая вода.

Водород в управлении возобновляемой энергией

Одним из основных ограничений возобновляемых источников энергии является то, что их производство зависит от метеорологических переменных, которые имеют неуправляемое поведение. Производство энергии ветра зависит от силы ветра в местах расположения парков, которая является переменной большой случайности.Выработка фотоэлектрической энергии зависит от профилей солнечного излучения. Это приводит к тому, что эти источники энергии не могут гарантировать определенное производство в данный момент, но будут чередовать периоды высокой и низкой производительности в зависимости от погодных условий в каждый момент.

Один из способов более эффективно использовать пики высокого уровня выработки электроэнергии из этих возобновляемых источников — использовать излишки для производства водорода. Затем произведенный водород можно будет продавать напрямую или использовать для выработки электроэнергии в то время, когда производство возобновляемых источников ограничено.

Стоимость водорода, полученного с помощью долгосрочной фотоэлектрической и ветровой энергии
Источник: IEA

Именно в этом смысле производство водорода будет представлять собой регулирующий элемент баланса рыночной цены на электроэнергию . В сценарии большого объема производства возобновляемой энергии, будь то энергия ветра, фотоэлектрическая энергия или другой источник, минимальная рыночная цена будет отмечена стоимостью, от которой было бы более выгодно использовать электричество для производства водорода.Снижение цен повлечет за собой массовое производство водорода, что приведет к увеличению спроса и, наконец, будет достигнуто рыночное равновесие.

Водород как форма хранения энергии

Накопление энергии — одна из основных проблем, с которой отрасль столкнется в ближайшие годы. Аккумуляторные технологии претерпели значительные изменения, но пока не решают проблему длительного хранения. Именно в этом сценарии водород может оказаться очень полезным. Не только из-за его способности хранить энергию в течение длительных периодов времени, но и потому, что с ним будет намного легче обращаться, так как его вес будет меньше, потому что удельная энергия резервуаров со сжатым водородом выше, чем у литий-ионных. батареи.

Водород в транспортном секторе

Транспортный сектор — это, вероятно, та область, где водород можно было бы использовать более эффективно. Электромобили на водородных топливных элементах (FCEV) уменьшили бы местное загрязнение воздуха, потому что, как и электромобили с аккумуляторными батареями (BEV), они не имеют выбросов загрязняющих газов.

На рынке уже есть автомобили, в которых используется эта технология и которые имеют характеристики, аналогичные и даже превосходящие некоторые автомобили с батарейным питанием. Аспект, в котором водородный автомобиль не будет иметь конкуренции, — это заправка.Заправить водородный автомобиль намного быстрее, чем зарядить BEV.

Первый автомобиль с водородной батареей, зарегистрированный в Испании. Hyundai Nexo.
Источник: CNh3

Но область действия водорода не ограничивается автомобилями. В более крупных транспортных средствах, таких как автобусы или даже в самолетах, от электрической альтернативы с батареями часто отказываются из-за веса, используемого в батареях. Водород представляет собой гораздо более легкий способ передачи мощности электродвигателя.В июне 2019 года европейские компании, входящие в консорциум h3Bus, объединились с целью совместной работы по развертыванию парка из 1000 автобусов на электрических топливных элементах, которые войдут в состав автопарков нескольких европейских транспортных менеджеров. Кроме того, они установят в каждом из европейских городов, где они работают, инфраструктуру для заправки водородом, необходимую для того, чтобы сделать их коммерчески конкурентоспособными.