Водородните превозни средства с горивни клетки вече са пуснати на пазара от компании като Hyundai, Honda и Toyota, както и няколко други китайски компании. Но транспортът далеч не е единствената посока на водородната енергия.
Над грандиозните новини от последните години за миниатюрни "слънчеви плочки", за огромни офшорни вятърни турбини, за подземно съхраняване на CO2, за устройства за съхранение на Tesla и други изкушения на Energiewende (енергиен преход), той все още не е много четим, но далечният тътен на нова гръмотевична буря на всички традиционни доставчици на петрол вече се чува. електричество и газ. Тази гръмотевична буря може да премине в далечината или може да унищожи целия традиционен бизнес на енергийни гиганти и в същото време икономиките на страните, които изнасят въглеводороди, или може да се превърне в животворни дъждове, подкрепящи появата на новата икономика.
Тази нова атака е само най-често срещаният елемент във Вселената. Водорода. Някои прогнози около този елемент след тридесет години ще има индустрия с годишен оборот от два и половина трилиона долара и тридесет милиона работни места, която ще може да измести почти 20% от изкопаемите горива от световната икономика.
Нека се опитаме да разберем какви са шансовете на тези сценарии.
Откъде дойде?
Откакто Лавоазие кръсти водорода преди двеста тридесет и пет години, той успя да заеме видно място в индустрията. Водородът се използва за производството на метанол, амоняк и ядлив маргарин и с него се обработва масло. Невъзможно е да се „вземе от природата“водород в чистата му форма, така че трябва да се преработват други вещества - основният метод за неговото производство продължава да е парна реформа на въглеводороди. Светът произвежда около шестдесет и пет милиона тона водород само за една година (ако сравним: природният газ се произвежда почти четиридесет пъти повече).
Обърнахме внимание на специалните свойства на водорода като гориво още в средата на миналия век - топлината му на изгаряне е няколко пъти по-висока от тази на бензин, природен газ или дизелово гориво със същата маса и не се генерират емисии, само водна пара. В Съединените щати през 1970 г. имаше публикации за това как да се прехвърли транспорта на водородно гориво, в същото време терминът "водородна икономика" стана популярен - това е един вид изображение на бъдещето, в което американските градове напълно се отдалечават от "въглеводородна икономика", водородът се използва като гориво за домове, автомобили, електроцентрали и енергия се съхранява с водород и се произвежда с вятър и слънце, където е необходимо. С други думи, водородната икономика се основава на водорода като най-екологичния и универсален носител на енергия, който свързва топлинната енергия, т.е.електроенергийния и транспортния сектор. Скоро настъпва нефтената криза и развитието на водородния транспорт получава все по-голямо значение. Така например в СССР през 80-те години на миналия век се появяват "водородни" микробуси RAF, самолет на базата на Ту-154 и водороден ракетен двигател за "Енергия". Съдбата на този проект е незавидна - например беше необходима поне една трета от полезния обем на купето за разпределение на резервоарите за гориво в самолета, което значително повлия на разходите за транспорт. В самолета поне една трета от полезния обем на купето трябваше да бъде отделена за резервоари за гориво, което значително повлия на разходите за транспорт. В самолета поне една трета от полезния обем на купето трябваше да бъде отделена за резервоари за гориво, което значително повлия на разходите за транспорт.
Промоционално видео:
Защо още не се е получило?
През ХХ век не е имало глобален преход на транспорт към водород - цената на километър, изминат на водород, е много по-висока, отколкото на конвенционалното гориво. Основната причина е високата цена: производството на водород от въглеводороди (парна реформа) или вода (електролиза) изисква много енергия. Освен това парното реформиране на въглеводородите е съпроводено с отделянето на парников газ - CO2, за борба с който, наред с други неща, е насочена идеята за прехвърляне на транспорт във водород. Производството на водород с помощта на електролиза (разлагането на вода в кислород и водород с помощта на електричество) се оказа дори по-скъпо от реформеното пара и за да се произведе необходимата електроенергия, беше необходимо да се изгори горивото с всички емисии. Всичко това намали първоначалния интерес малко,и водородната икономика като цяло до самия край на ХХ век остава само „образът на бъдещето“
Какво се е променило?
„Енергийният преход“в световната електроенергийна индустрия доведе до бързо развитие на възобновяемата енергия през 2000-те - 2010-те години, главно на слънчева и вятърна енергия. Цената на тези технологии непрекъснато намалява (сегашната стойност на електроенергията от производството на слънчева енергия и вятър в Съединените щати, според Lazard, намалява с 70-80% през 2009-2016 г.). Пазарът се разраства бързо (през 2016 г. според IRENA в света са пуснати в експлоатация 71 GW фотоволтаични соларни централи и 51 GW вятърни електроцентрали, а през 2017 г. се очаква да бъдат потвърдени съответно 90 и 40 GW) - така, т.е. Само за последните две години в света бяха въведени повече мощности за производство на вятърна и слънчева енергия от общия капацитет на всички електроцентрали на Единната енергийна система на Русия.
Годишните инвестиции в сектора възлизат на над 250 милиарда долара - два пъти повече от инвестициите в производство на изкопаеми горива. Рекордите за цените на слънчевата енергия в Мексико, Дубай, Перу, Абу Даби, Чили, Саудитска Арабия, вятърната енергия в Бразилия, Канада, Германия, Индия, Мексико и Мароко са достигнали нивото от около 1,7 рубли за кВтч (при сравнение: жителите на Москва и региона плащат два до три пъти повече за ток в домовете си).
Както прогнозира Международната агенция по енергетика, до 2040 г. делът на производството на електроенергия от слънчеви и вятърни електроцентрали в света ще бъде от 13% до 34% (през 2016 г. - 5%). Ясно е, че делът на тези източници в някои региони ще бъде още по-голям.
Така електроенергийната индустрия все повече преминава към източници на производство, които са стохастични и зависят от времето на деня и климатичните условия. Въздействието на колебанията в генерацията във вятърните и слънчевите електроцентрали (когато слънцето внезапно спре да свети и вятърът духа) върху електроенергийната система, ако техният дял в региона е голям, е сравнимо с хаотичното включване / изключване на голяма ТЕЦ - няколко пъти на ден. Освен това, понякога тези станции генерират много повече от необходимостта на всички потребители на електроенергийната система и тогава цената на електроенергията се оказва „отрицателна“- подобни новини идват редовно от Германия, например.
Научихме се как да се справим с такива колебания чрез създаване на устройства за съхранение на енергия, които „зареждат“по време на периоди на излишна енергия и „разреждат“по време на периоди на недостиг на енергия. Ако през ХХ век ролята на такива устройства за съхранение се играеше само от помпени станции, днес електрохимичните устройства за съхранение активно се развиват, най-известните от които са „свежите“проекти на Tesla в Калифорния и Австралия. Navigant Research прогнозира увеличение на годишното въвеждане в експлоатация на капацитета за съхранение на възобновяеми енергийни източници от около 2 GW през 2018 г. до 24 GW през 2026 г. - дванадесет пъти за осем години. Годишните приходи на този пазар ще нараснат пропорционално до 24 милиарда долара до 2026 г.
Нарастващата нужда от съхранение на енергия накара хората отново да се замислят за водорода.
Възобновяема енергия - на бензиностанции
Преди беше възможно да се произвежда водород чрез електролиза, но тогава беше необходимо да се използва енергията на традиционните топлоелектрически централи, които горят гориво. Когато става въпрос за излишък и евтина електроенергия от слънчеви и вятърни електроцентрали, без емисии на CO2, защо да не я превърнем във водород, който може да се използва като чисто гориво, например за автомобили? Освен това това ще позволи да се изоставят въглеводородите като суровина за производството на водород. Много иновативни компании в Европа и света следват точно този път. Базираната в Обединеното кралство ITM Power участва в проекта за водородна мобилност Европа (H2ME), чиято цел е да стартира мрежа от двадесет и девет водородни бензиностанции в десет европейски държави до 2019 г.които ще обслужват двеста коли с водородни горивни клетки и сто двадесет и пет хибридни камиона. Шведската компания Nilsson Energy е специализирана в изолирани от мрежата решения, които използват слънчева и вятърна енергия за генериране и съхранение на водород и го използват за зареждане на автомобили и електрически сгради.
Водородните превозни средства с горивни клетки вече са пуснати на пазара от Honda, Toyota, Hyundai и редица китайски компании. Целевата визия на международния консорциум Hydrogen Council, основан в Давос през 2017 г. от най-големите индустриални компании под председателството на Toyota, са повече от 400 милиона леки автомобили, 15-20 милиона камиони, 5 милиона автобуси, движещи се на водород до 2050 г. (тоест около 20-25% от обща сума). 78% от световните автомобилни ръководители, анкетирани от KPMG през 2017 г., смятат, че такива превозни средства ще бъдат пробив в сектора на електрическите превозни средства, засенчвайки автомобили с батерии.
Но транспортът далеч не е единствената посока.
Водород за всеки дом
Стационарни горивни клетки (горивни клетки) - динамично развиваща се технология, която ви позволява да получавате електрическа и топлинна енергия от водород или природен газ директно в зоната на къщата или в мазето на къщата. Има само една емисия при използване на чиста вода с водород, която може да се използва за климатизация. Компактните модулни единици с размер на хладилник са абсолютно безшумни. Според прогнозата на Navigant Research, капацитетът на стационарните горивни клетки ще нарасне от 500 MW през 2018 г. до 3000 MW през 2025 година.
Такива инсталации се комбинират с възобновяеми енергийни източници, електролизатори, агрегати за съхранение на енергия и ви позволяват да създавате пълноценни автономни източници на енергоснабдяване за домакинството. Настоящата цена на електроенергията от горивни клетки за природен газ в Съединените щати, според Lazard (106-167 долара за MWh), вече е приблизително равна на показателите за ядрени (112-183 долара за MWh) и въглища (60-231 долара за MWh) електроцентрали и по-ниска от настоящата стойност на отделните слънчеви панели на покрива (187–319 долара за MWh). В Япония, благодарение на огромните държавни субсидии, през 2014 г. вече имаше повече от 120 000 такива инсталации, а целевите стойности са над 1 милион до 2020 г. и над 5 милиона до 2030 г.
Тъй като технологиите стават по-евтини (масово производство, стандартизация) и достигат своята самодостатъчност, японското правителство планира да започне въвеждането на водородни горивни клетки - очаква се това да се случи до 2030 година. Горивните клетки несъмнено са най-важният обещаващ сегмент на разпределените енергийни технологии, потенциалът на които в Русия, според скорошно проучване на Енергийния център на школата в Сколково, е достатъчен, за да покрие поне половината от необходимостта от генериране на мощности до 2035 г.
Мощност към газ
Водородът, получен от възобновяеми енергийни източници, може да бъде смесен в газопреносните мрежи и газоразпределителните мрежи. Такава станция работи във Франкфурт на Майн от 2014 г., като добавя до 2% водород в местната газоразпределителна мрежа (такова ограничение на съдържанието на водород дава възможност изобщо да не се променя нито в мрежите, нито при потребителите). В Германия има няколко подобни предмета, те се намират и в Италия, Дания, Холандия. Понякога водородът се смесва с биогаз, увеличавайки стойността му.
Във Великобритания водородът се разглежда сериозно като начин за драстично намаляване на емисиите от домакинствата (85% от домакинствата в страната изгарят природен газ за отопление). За град Лийдс с население от над 780 000 души през 2017 г. беше извършена подробна оценка на инвестиционната необходимост за цялостно преобразуване на газоснабдителната система във водород - от подмяна на котли на потребителите до създаване на подземни съоръжения за съхранение на водород и парни реформи. Размерът на инвестицията се оценява на сто шестдесет милиарда рубли. Този проект ще бъде мащабиран за цялата страна, особено след като британските градове през 19 век и първата половина на 20 век вече използват изкуствен „градски газ“, съдържащ до 50% водород. Междувременно газовите компании планират постепенно да увеличат дела на водорода до 20%, т.е.избягване на мащабна реконструкция на газови мрежи и котли при потребителите.
От 2013 г. японските компании обсъждат с RusHydro възможността за създаване на завод за производство на водород в руския Далечен Изток, използвайки технология за захранване на газ за износ. Изчисленията на японската страна се базират предимно на използването на евтина електроенергия от водноелектрическите централи. Съгласно споразумение, подписано на Източния икономически форум през есента на 2017 г., Kawasaki Heavy Industries трябва да актуализира проучването за осъществимост на този проект. Тъй като инфраструктурата в Далечния Изток се развива и разходите за електролиза и водородни логистични технологии намаляват, интересът към подобни проекти очевидно само ще расте. Като се има предвид огромният потенциал на възобновяемата енергия в този регион, тук може да се предвиди появата на обещаващи експортни проекти.
Водород - интегратор на газовата химия и енергия
Но най-впечатляващият проект сега е в северната част на Холандия. В този регион, разположен непосредствено над газовото поле Гронинген (причината за „холандската болест“), енергията от биогаз се разраства от няколко години. Още преди пет години колите се движеха по улиците със стоманен газ - биометан, произведен тук от отпадъците на селскостопанската индустрия в региона с площ от две Москва. Не е изненадващо, че именно тук, с подкрепата на Европейския съюз, проектът Chemport Europe стартира преди година, чиято основна цел е да се създаде пълноценен газов химичен клъстер, работещ изключително върху местни биологични ресурси и водород с нулеви емисии на CO2. Дървената биомаса се обработва, въглехидратите, образувани в процеса, се използват в химията. Електричеството от офшорните вятърни турбини се преобразува във водород и кислород чрез електролизатори. Кислородът и водородът се използват в химията, а кислородът също участва в газификацията на преработена биомаса от местни полета от над милион хектар. Газификацията дава възможност да се получи синтетичен газ - чиста смес от водород, CO2 и CO. Там се добавя и чист водород от вятърни турбини. От този газ се получават азотна киселина, метанол, етилен, пропилен, бутилен - вещества, които могат напълно да изместят нефта и природния газ от стабилните си позиции като суровини за химическата промишленост.които могат напълно да изместят нефта и природния газ от стабилните си позиции като суровини за химическата промишленост.които могат напълно да изместят нефта и природния газ от стабилните си позиции като суровини за химическата промишленост.
Инициаторите на проекта декларират желанието си да приближат цената на синтетичния газ до цената на природния газ. Сингите могат да се изпращат за втечняване (био-втечнен природен газ), зареждат се с превозни средства и се използват за други класически нужди.
Първоначалната инвестиция в проекта е 50 милиона евро, от които 15 милиона евро са предоставени от безвъзмездни средства от Европейския съюз.
Водородно олимпийско село
В Токио се изгражда олимпийско село за Олимпиадата през 2020 г., която ще приеме до 17 000 гости. Основният източник на енергия в селото ще бъде водород: автомобили, бензиностанции, горивни клетки, топлина и електричество в къщите, газ в печки и котли - всичко това ще работи на водород.
Всичко ли е толкова безоблачно?
Сред скептиците на водородната енергия са не само консерваторите, но и, например, Елон Мъск (въпреки че, разбира се, той има конфликт на интереси: литиево-йонните батерии на Tesla са пряк конкурент на технологията за захранване на газ). Той показва опасността от боравене с водород по време на съхранение: течовете са почти невъзможни за откриване и има потенциал да се образува експлозивна смес. Някои жители на Токио изразиха подобни притеснения. Дали е възможно ефективно и евтино да се решат тези проблеми на фона на развитието на конкурентни технологии, времето ще покаже. Междувременно станциите за зареждане с водород продължават да се появяват в центровете на световните столици.
Залозите вече са направени
Досега глобалните инвестиции във водородна енергия се оценяват на около 0,85-1,4 милиарда евро годишно, според различни оценки. Консорциумът за водороден съвет планира да инвестира 13 милиарда долара за пет години в мрежи за водородни станции и водородни автомобили. Според Министерството на енергетиката на САЩ в сектора на горивните клетки вече работят 16 000 души (с потенциал за растеж до 200 000), а финансовата подкрепа от правителствения бюджет на САЩ е около 100 милиона долара годишно в продължение на много години. Няколко десетки компании, изследователски центрове и университети по света работят за намаляване на разходите за водородни технологии, по-специално целта е да се намалят разходите за производство на водород чрез електролиза от 11,5 до 5,7 долара на килограм,както и намаляване на разходите за горивни клетки (три до пет пъти) и съхранение на водород (два до три пъти). Очевидно е, че когато тези цели бъдат постигнати, „водородната икономика“ще бъде много по-близо до нас, отколкото може да си представим сега.
Как ще се отрази това на световните пазари за нефт и газ? Какво ще означава това за руската икономика? Как да намерим своето място в света на водородна икономика? Всичко това са въпроси, отговорите на които трябва да бъдат подготвени сега.
