30Сен

Водородное топливо: Водородное топливо: проблемы и перспективы

Содержание

Водородное топливо: проблемы и перспективы

На VIII Международном форуме технологического развития «Технопром-2021» сибирские ученые и промышленники обсудили перспективы применения водорода, энергетическую эффективность его производства и попытались ответить на вопрос: почему водородная энергетика до сих пор не получила широкого распространения?

«Экологические вызовы и исчерпание природных ресурсов требуют новых путей технологического развития. Один из них — водород. Его можно сжигать в непосредственно модифицированных газовых турбинах. Из топливных элементов извлекается электрическая энергия. Однако есть ряд проблем. Например, при использовании топливных элементов в летательном аппарате на высоте более девяти километров будет возникать неблагоприятное влияние воды. При сжигании водорода появляются оксиды азота. Электрохимические источники тока на сегодняшний день требуют большого количества оборудования. Тем не менее применение водородсодержащих смесей, в частности твердооксидных топливных элементов, в сложных циклах позволяет получить достаточно высокий КПД», — обозначил тематику дискуссии главный специалист АО «Объединенная двигателестроительная корпорация» Марат Джаудатович Гамируллин.

Топливные элементы как источник энергии

Директор Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН академик Дмитрий Маркович Маркович рассказал про топливные элементы как источники энергии. «В мире начинает набирать обороты индустрия водородных двигателей и заправочных станций. Переход на водородное топливо, конечно, не решит проблему глобального потепления, но локальную экологию в мегаполисах точно поправит. И здесь будет очевидная конкуренция между чисто электрическим и водородным транспортом. В ближайшей и отдаленной перспективе они будут постепенно вытеснять традиционный», — отметил ученый.

Академик рассказал про серию совместных работ ИТ СО РАН и израильской компании GenCell, которая специализируется на водородных топливных элементах небольшой мощности (пять киловатт). Ученые ИТ СО РАН занимались задачами тепломассообмена: от внутреннего теплообмена до создания цифрового двойника. Практически все узлы этих топливных элементов были разработаны при научном сопровождении новосибирского института.

«Сейчас есть договоренность с этой компанией, что при нашем участии в России эти топливные элементы будут адаптироваться для арктических условий, низких температур (пока они предназначены для условий до -20 °C). Мы почти договорились с одним из новосибирских предприятий из системы «Росатома», что они будут производить такие топливные элементы по лицензии, с нашим научным сопровождением», — сказал Дмитрий Маркович.

Другая идея ученых — использовать не чистый водород, который сложно транспортировать, а генератор водорода из аммиака путем крекинга. Аммиак можно доставлять в любые точки и уже там перерабатывать в водород.

Также в Институте теплофизики СО РАН разработаны воздушно-алюминиевые топливные элементы. Ученые нашли рецепты ингибиторов коррозии в электролите и оптимальный сплав алюминия с различными добавками. Лабораторный образец уже готов и находится в ожидании инвестора.

Недавно ученые ИТ СО РАН закончили работу по трехгодичному гранту с китайскими партнерами, в рамках которого создавались подходы по малоэмиссионному сжиганию и синтезу газов применительно к энергетическим газотурбинным установкам.

«Конечно, наши подходы не могут быть напрямую реализованы для нужд авиации и большой энергетики, но они могут быть использованы для создания новых поколений топливных элементов для широкого спектра применений», — заключил академик.

 

Переход на водород – Наука – Коммерсантъ

Водород — это самое энергоемкое и легкое вещество из всех видов топлива. Его производство не относится к инновациям — он производился миллионами тонн еще в советские времена, когда его использовали для производства аммиака для получения азотных удобрений.

Водород и сегодня используют для производства удобрений, повышения качества бензина, улучшения свойств стали, а также в пищевой промышленности для производства маргарина и твердых кондитерских жиров методом гидрогенизации растительных масел. Без него не обходятся все процессы гидроочистки, гидрообессеривания, гидрокрекинга, регенерации катализаторов. Его также широко применяют для охлаждения генераторов на электростанциях.

С тех пор как появилась перспектива перехода на водородную энергетику с углеводородной, потребность в водороде увеличилась на порядки. Сегодня эта перспектива стала реальностью, поскольку примерно десять лет назад была решена одна из основных проблем с его хранением для дальнейшего использования в качестве автомобильного топлива. Вместо тяжелых, дорогих и небезопасных стальных баллонов для сжатого под высоким давлением водорода стали применять легкие композитные емкости из углепластика, которые прекрасно помещаются в легковых автомобилях. Кроме того, стало возможным получать водород прямо по месту употребления. Появление таких технологий зажгло для водородной энергетики зеленый свет.

Около 20 лет назад во всем мире начали появляться автомобили на водороде, и бывшие выставочные центры пилотных моделей превратились в салоны-магазины серийных образцов. Количество автомобилей на водородном топливе сегодня исчисляется тысячами. Их стоимость составляет около $50–60 тыс. Серийные автомобили на водороде есть у Toyota, Hyundai, Honda. Предсерийные образцы тестируют Audi, Mercedes, BMW, Mazda, Ford и ряд других производителей. Все технические препятствия, столько десятилетий казавшиеся непреодолимыми, пройдены за считаные годы, и теперь вопрос только в экономической целесообразности для массового потребителя. В России такой автомобиль приобрел себе житель Красноярска, но в связи с отсутствием заправок в своем городе перевез машину в Москву и получает топливо в одном из научных институтов.

Как получить водород?

Для развития водородной энергетики нужно будет на государственном уровне решить вопрос, в каком виде доставлять водород к месту его получения. Дело в том, что водород содержится в очень многих видах ископаемых топлив.

«Наиболее дешевый водород получается методом паровой конверсии метана,— рассказывает заведующий отделом гетерогенного катализа Института катализа СО РАН Павел Снытников.— Другой способ — из аммиака. Для его транспортировки, как и для природного газа, в нашей стране даже существует трубопровод, так как аммиак сжижается всего при давлении 8,5 атмосферы. Третье решение — перевозка будущего водорода в виде метанола. В Китае метанол используют как автомобильное топливо. Но в России против метанола почему-то предубеждение, по-видимому, в связи с тем, что с давних пор у нас простой народ пил все, что горело, в том числе и метанол, и люди лишались зрения».

А вот получать его лучше всего там же, где будут потреблять, чтобы уйти от проблем транспортировки чистого водорода. Чтобы использовать водород, например, как автомобильное топливо, нужно закачать его в баллоны под давлением 700 атмосфер. Правда, на сжатие нужна дополнительная энергия. Не меньше энергии требуется на сжижение водорода, так что один из подходящих способов его транспортировки — это перевозка в химически связанном состоянии, например в виде метана, из которого водород должен производиться там же, где будет использоваться. То есть до заправки везут метан, а уже на самой заправке устанавливается небольшое производство, например, конвертер метана в водород. Но этот способ не очень хорош для экологии, поскольку на небольших производствах сложно обеспечить качественную очистку выбросов. Зато экономически он себя вполне оправдывает. Опыт Японии, Кореи и ряда других стран показал, что километр пробега на водороде выходит не дороже бензина. 4 кг водорода, закачанного в баллон, хватает примерно на 800 км пути обычного седана.

Получать водород можно практически из любого углеводородного топлива: из бензина, дизельного топлива или пропан-бутановых смесей. В Институте катализа им. Г. К. Борескова СО РАН ведется работа по гранту РНФ по тематике получения водорода из дизельного топлива. Также разрабатываются методы получения водорода даже из органических носителей, например из бор-гидридов. Главные задачи на будущее развитие водородной энергетики — это не только получение водорода, но и его хранение. Жидкий водород можно хранить только при низких температурах, поэтому его использовали только в критически важных областях, например, как ракетное топливо.

Если отвлечься от автомобилей и обратить внимание на энергообеспечение более крупных стационарных объектов, например жилых или промышленных комплексов, то вся идеология водородной энергетики строится на ее связке с другими источниками энергии. Например, с возобновляемыми — гидро-, ветряными, солнечными электростанциями или с крупными атомными электростанциями. Производство такой энергии идет в одном режиме, а тратится потребителями она в другом, поэтому, когда есть излишки энергии, ее можно тратить на получение водорода даже из обычной воды методом электролиза.

Голубая мечта о зеленом водороде

Электролиз — это способ получения водорода из воды, который, к сожалению, требует больших энергозатрат, поэтому он оправдан только в тех случаях, когда вырабатываемую энергию необходимо запасти, пусть даже и с невысоким КПД. Лучше всего использовать для этого источники, где постоянно возникают достаточно большие излишки энергии. Емкости аккумуляторов для ее сохранения не хватает, кроме того, аккумуляторы быстро разряжаются, а полученный методом электролиза водород — это гарантированный запас энергии, можно сказать, воплощение мечты о чистой энергии, так называемом зеленом водороде. К сожалению, пока всего 2% общего объема водорода в мире производится методом электролиза. 75% водорода получают из природного газа и 25% — сжиганием угля. Цены топлива, полученного по этим технологиям, также несопоставимы: $1,7 за 1 кг водорода из природного газа и $5–10 за водород, полученный электролизом. Впрочем, стоимость зависит от источника энергии. Например, от энергии АЭС зеленый водород вдвое дешевле ($3–5), чем от возобновляемых источников энергии.

Основные организации в России, заинтересованные в получении водорода — это компании «Росатом» и «Газпром». Атомные электростанции нуждаются в сохранении избытка энергии в виде водорода и дальнейшего его использования. А добывающая компания хочет перерабатывать природный газ в водород, имея соответствующие установки непосредственно в местах использования, например на автомобильных заправках. Для решения проблемы транспортировки водорода можно переводить его в спирты — метанол, диметиловый эфир, чтобы получать из них водород, что называется, «по требованию» для дальнейшего использования на энергоустановках. Это химия получения водородсодержащих компонентов, и она достаточно хорошо освоена.

Как перестать сжигать топливо

Вообще, заявления о том, что водород — это экологически чистое топливо, не совсем справедливы. Из школьного курса химии мы помним, что после сжигания водорода получается вода. Но горит-то он в воздухе, где высокое содержание азота, и в результате реакции кислорода и азота при высоких температурах мы получаем те же токсичные оксиды азота, что и при сжигании бензина, только в меньшем объеме. Собственно, водород здесь ни при чем: любое высокотемпературное горение вызывает в воздухе реакцию взаимодействия кислорода и азота с образованием оксидов. По этой причине получать электричество с помощью сжигания любого топлива — это не самый экологичный способ. А тем более углеводородного, которое сгорает с выделением выбросов углекислого газа в атмосферу. Чтобы решить проблемы с выбросами в атмосферу, нужно прекратить сжигать топливо и снизить градус его потребления до комнатной температуры. В этом могут помочь топливные элементы.

Применение водорода в топливных элементах является самым экологичным. Разные топливные элементы используют водород при разных температурах и могут быть более или менее привередливы к его чистоте. Низкотемпературные топливные элементы работают на чистом водороде, а высокотемпературные вполне удовлетворяются синтез-газом. Топливный элемент — это электрохимическое устройство, которое преобразует химическую энергию водорода в электрическую (процесс, обратный электролизу) с достаточно высоким КПД. Институт катализа СО РАН сотрудничает с российскими производителями топливных элементов — ГК «ИнЭнерджи» и Институтом проблем химической физики РАН, где были разработаны и созданы сверхлегкие топливные элементы для беспилотных летательных аппаратов. В настоящее время там ведутся разработки более крупных топливных элементов для автомобильных передвижных платформ. Рынок топливных элементов еще только формируется, поскольку область их применения постоянно растет. Появляются новые возможности в разработке — осваивается новый экономический сектор. Вопросы могут быть самые разные — например, обеспечение дальних трасс или камер видеонаблюдения источниками связи или возможность установки автономных вышек сотовой связи. Источники водородной энергии всегда работают как тандем «топливный элемент на водороде плюс аккумулятор». Аккумулятор способен сглаживать пиковые нагрузки, а топливный элемент обеспечивает длительную выработку электроэнергии.

Сегодня в мире на топливных элементах работают тысячи небольших энергоустановок. В США, Японии и некоторых странах Европы они уже около 30 лет снабжают водородной энергией небольшие частные поселки, большие и удаленные от города супермаркеты или промышленные объекты. В отличие от дизель-генераторов это намного более бесшумные системы, так что их широко используют как запасные источники энергии в случае сбоев в работе основного источника энергообеспечения.

Сколько стоит чистый воздух

В качестве грантового финансирования на развитие индустрии водородной энергетики некоторые страны ЕС ежегодно выделяют сотни миллионов евро, США — сотни миллионов долларов. Совокупные вложения Европы и США в эту отрасль исчисляются миллиардами. Сейчас многие компании во всем мире делают попытки использовать источники энергии на топливных элементах в самых разных областях. В ближайшие десятилетия может измениться сама концепция человеческого энергопотребления.

В России развитие топливных элементов исторически связано с космическими программами в середине ХХ века. Щелочные топливные элементы использовались во многих космических проектах, где требовались автономные энергоустановки.

В 2020 году правительство России утвердило энергетическую стратегию Российской Федерации на период до 2035 года и ключевые меры развития водородной энергетики. В этом же году был создан консорциум по водородной энергетике, куда вошли ведущие научные институты: Томский политехнический университет, Институт катализа СО РАН, Институт проблем химической физики РАН, Институт нефтехимического синтеза РАН, Самарский государственный технический университет и Сахалинский государственный университет. В программе развития водородной энергетики РФ намечено создание водородных кластеров и пилотных проектов по производству и экспорту водорода. Планируется развитие первых коммерческих проектов производства водорода. Сегодня в РФ появляются отдельные пилотные проекты с использованием водородной энергетики, но до массового внедрения пока не дошло: скорее производители демонстрируют свою готовность к реализации подобных проектов в случае выделения финансирования со стороны, например, госкорпораций. Так, в конце 2019 года в Санкт-Петербурге был запущен трамвай на водородном топливе, а ОАО «Газпром» и ОАО «РЖД» в качестве пилотного проекта обсуждают возможность запуска поезда на Сахалине на топливных водородных элементах.

Мария Роговая

Форма воды. Водородное топливо будет дешевле бензина

Водород становится все привлекательнее для инвесторов, поскольку он не просто отвечает современным экологическим требованиям, но вообще является источником энергии с нулевой эмиссией. Многие экспертные организации, компании и целые страны начинают всерьез рассматривать его в качестве долгосрочной альтернативы ископаемым топливам. Сфера применения водорода очень широка: от генерации электричества до транспорта, отопления и промышленных процессов. Международное энергетическое агентство (МЭА) считает, что доля водородного топлива в транспортном секторе достигнет 25%  к концу XXI века.

По оценкам Hydrogen council, мировой рынок водорода может составить порядка $2,5 трлн к 2050 году. В натуральном выражении в мировом энергобалансе доля водорода может достигнуть порядка 18% от конечного спроса на энергию, что позволит сократить выбросы СО2 на 6 гигатонн в год. При этом в транспортном секторе к 2050 году доля водородных автомобилей составит от 15% до 20% (количество легковых автомобилей на водородном топливе составит около 400 млн, грузовых — 15-20 млн и около 5 млн автобусов). Для достижения этих показателей потребуется $20-25 млрд инвестиций ежегодно до 2030 года. Для сравнения: инвестиции в нефтегазовую отрасль даже в период кризиса составили около $60 млрд.

Около 20 стран, включая Японию, Южную Корею, Германию, Китай и США (в первую очередь — штат Калифорния), активно развивают сейчас рынок энергетического водорода, выстраивая партнерские связи между государственным и частным секторами. Уже работает целый ряд таких партнерств: h3Mobility Germany, h3Korea, the California Fuel Cell Partnership, and the Scandinavia Hydrogen Highway Partnership.

Реклама на Forbes

Новый вид транспортного энергоносителя

В мае 1937 года в Гинденбурге произошла катастрофа пассажирского водородного дирижабля, и после этого водород как топливо фактически стал изгоем для транспортного сектора. Однако технический прогресс начала XXI века вдохнул жизнь в идею использования водорода для автомобилей.

Снижение стоимости и широкое внедрение ветровых и солнечных электростанций дают возможность генерировать водород с крайне низким углеродным следом. А успех в области транспортировки сжиженного природного газа доказал, что газы могут поставляться безопасно в больших объемах и по всему миру.

Технологические достижения в области производства топливных элементов привели к тому, что водород может использоваться в батареях топливных элементов для крупной и малой энергетики, отопления и, конечно, транспорта. За последние 15 лет стоимость водородного топливного элемента снизилась с $275 до $55/кВт — более чем в 5 раз. В планах департамента энергетики США — снизить стоимость топливного элемента до $40/кВт к 2020 году, а целевым показателем для достижения конкурентоспособности с традиционным ДВС является отметка в $30/кВт. Главная привлекательность водорода заключается в том, что при сжигании в чистом виде единственным его побочным продуктом является вода.

Азиатские амбиции

Китай планирует установить до 1000 водородных заправочных станций (ВЗС) к 2030 году, обслуживающих более 1 млн водородных автомобилей (FCEV). К 2025 году он также рассчитывает превратить город Ухань (Wuhan) в ведущий водородный хаб страны. На первом этапе до 2020 года там планируется построить 20 ВЗС, обслуживающих около 3000 водородомобилей. К 2025 году в городе будут сосредоточены крупнейшие предприятия в сфере производства топливных элементов и более 100 предприятий, связанных с водородной энергетикой. Количество ВЗС возрастет до 30-100 единиц. Объем инвестиций оценивается примерно в $1,7 млрд.

В Корее, по данным Hydrogen Analysis Resource Center, в 2018 году действовало всего 12 ВЗС. Однако благодаря небольшой территории страны и правильному расположению ВЗС, водители могут пересечь всю страну на водородном автомобиле. Корейское Министерство промышленности, торговли и энергетики объявило о планах на $2,3 млрд, чтобы обеспечить 16 000 транспортных средств на водороде и построить 310 заправочных станций по всей стране к 2022 году. В соответствии с пятилетним планом ожидается, что предприятия получат государственную поддержку в разработке стеков топливных элементов и контейнеров для хранения топливных элементов, а также налоговых льгот для водителей водородомобилей.

Япония чрезвычайно активно занялась продвижением водородомобилей. Япония является одним из лидеров в области инвестиций в господдержку, регулирование и инфраструктуру для обеспечения перехода на водородную энергетику. Главная задача состоит в том, чтобы улучшить качество воздуха, значительно сократить выбросы от транспортного и промышленного секторов, уменьшить зависимость от импортируемых ископаемых видов топлива. Именно эта страна выпустила первый серийный автомобиль — Toyota Mirai. В середине 2018 года, по данным Hydrogen Analysis Resource Center, в Японии насчитывалось 94 ВЗС (Рис. 1), тогда как в Германии, которая находится на втором месте по количеству ВЗС — 44.

Источник: Hydrogen Analysis Resource Center

Как указано в Strategic Roadmap for Hydrogen and Fuel Cells, Министерство энергетики, торговли и промышленности Японии (METI) координирует долгосрочную стратегию, направленную на ускоренное внедрение водородомобилей, автобусов на водородных топливных элементах и установок для производства энергии на водороде. METI ожидает, что годовое потребление водорода в Японии вырастет с 4000 тонн в 2020 году до 300 000 тонн к 2030 году и 5-10 млн тонн к 2050 году. Согласно Strategic Roadmap for Hydrogen and Fuel Cells, количество автомобилей на водороде должно достигнуть: к 2020 году 40 000 штук, к 2025 году — 180 000 и около 800 000 к 2030 году. Одновременно предполагается и развитие заправочных станций до 160 штук к 2020 году и около 320 штук к 2025 году с нынешних 90 штук. Ожидается, что по меньшей мере 1200 автобусов на топливных элементах будут эксплуатироваться на дорогах к 2030 году.

Что касается цен на водород на заправке, METI ожидает, что владельцы водородомобилей смогут покупать импортный водород примерно за $3 за 1 кг водорода к 2030 году (эквивалент $0,8/л бензина), а к 2050 году цена снизится до $2 за 1 кг водорода ($0,5/л бензина). Цены на ВЗС для импортируемого водорода в Японии на текущий момент составляют около $10 за 1 кг водорода ($2,6/л бензина). Таким образом, если до 2030 года нефтяные цены не упадут до $30-40/баррель, то водородное топливо будет вполне конкурентоспособно.

Япония рассматривает возможность перехода к водороду за счет импортных поставок из Брунея, Африки и Австралии. С этой целью японские компании, такие как Chiyoda Corporation, Kawasaki Heavy Industries, Iwatani, J-POWER и Marubeni, инвестируют в проекты по производству водорода в Австралии и Брунее.

Австралия — потенциальный крупный производитель водорода

В Австралии японские компании сотрудничают с AGL Energy и Shell, чтобы создать цепочку поставок сжиженного водорода в Японию (проект HESC) стоимостью $375 млн. Согласно проекту, водород будет производиться из синтетического газа, который будет получен при помощи газификации бурого угля, для обеспечения экологических стандартов будут применяться технологии улавливания и хранения углерода (CCS). Также проект предусматривает создание танкера для транспортировки жидкого водорода. Проект «уголь-в-жидкость» нацелен на коммерческий запуск к 2030 году. Планируемый объем производства водорода пока небольшой, он составит 0,25 т/сутки.

Наличие обширных пустых участков земли для строительства объектов возобновляемой энергетики, удачное географическое расположение, позволяющее генерировать большой объем солнечной и ветровой энергии и высоких инвестиций в пиковое производство возобновляемой энергии дают Австралии значительный потенциал для производства водорода.

В Южной Австралии французская компания Neoen, работающая в сфере возобновляемой энергетики, недавно объявил о планах по созданию водородного суперцентра в Crystal Brook для экспорта возобновляемого водорода в Азию. Водородный электролизер мощностью 50 МВт будет питаться от ветровой и солнечной установок общей мощностью 300 МВт, так же будет построен накопитель в 400 МВт/ч. Планируется, что производство водорода может достигнуть 20-25 тонн в сутки. Neoen уже сотрудничает с Siemens и Hyundai, чтобы построить электролизер малой мощности в 1,25 МВт.

Водород в Европе и в США

Европейские страны тоже развивают водородную энергетику, в частности и водородный транспорт, в европейских городах сейчас эксплуатируется 91 водородный автобус, тогда как 5 лет назад их было только 30. Стоит отметить, что опыт эксплуатации весьма успешен. Так, по данным партнерства FCH JU (Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking), которая обеспечивает поддержку 67 водородным автобусам в Европе, интерес со стороны транспортных компаний есть и уже в ближайшие годы их парк должен вырасти до 500 единиц.

Реклама на Forbes

Идет развитие и легкового транспорта на водороде. Например, в пилотном проекте HyFIVE пять ведущих производителей автомобилей и другие партнеры эксплуатируют 185 автомобилей на водородных топливных элементах по всей Европе, а также строят заправочные станции. Аналогичным образом, в рамках проекта h3ME планируется строительство 29 ВЗС — в основном в Германии, и эксплуатация 200 автомобилей и 125 фургонов. Недавно под эгидой проекта была открыта первая ВЗС в Дании, и планируется производить водород путем электролиза воды, используя электроэнергию, произведенную из ВИЭ.

Развитие проектов HyFIVE и h3ME позволит водителям водородомобилей беспрепятственно путешествовать из Швеции в Италию или из Великобритании в Австрию, не беспокоясь о заправке.

Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking финансирует пилотные проекты (например, Don Quichote и HyBalance) по производству водорода как путем электролиза воды на базе ветровой и солнечных электростанций, так и опробует новые технологии термолиза воды в рамках проекта Hydrosol, и новые технологии фотоэлектролиза (проекты ARTIPHYCTION и PECDEMO). Объем инвестиций со стороны FCH JU только в перечисленные проекты достиг около 30 млн евро.

В целом сейчас, по данным Hydrogen Europe, на территории Европы осуществляется более 200 проектов в области водородной энергетики.

В США локомотивом продвижения водородомобилей является штат Калифорния. Благодаря инициативам штата к 2020 году количество ВЗС достигнет 62 единиц. На сегодняшний день количество FCEV практически достигло 5000 штук — самое большой водородный автопарк в мире (Рис. 2), а количество действующих ВЗС составило 36 единиц. При этом правительство штата ставит перед собой крайне амбициозную цель: к 2030 году количество автомобилей должно достигнуть 1 млн, а ВЗС — 1000 единиц.

Реклама на Forbes

Источник: IEA

Итак, применение водорода в качестве топлива пока еще не получило широкого распространения, однако многие страны и компании делают на него большую ставку, поскольку данный энергетический ресурс в сочетании с ВИЭ позволяет производить энергию с нулевыми выбросами. При этом значительное распространение этого энергоносителя ожидается именно в транспортном секторе.

На сегодняшний день лидером по количеству водородных автомобилей являются США, а по объему заправочной инфраструктуры — Япония. Крупные инвестиции делаются в Европе, главным образом в Германии и Скандинавии, и в Китае.

Отдельно стоит отметить интерес инвесторов к Австралии как к потенциальному поставщику водорода. На текущий момент, если инвестиции оправдают себя, Австралия может стать крупнейшим экспортером не только СПГ, но и водорода.

Реклама на Forbes

России, стране с огромными территориями, гигантскими запасами природного газа (из которого также можно производить дополнительный «зелёный» энергетический водород) и большим потенциалом по ВИЭ, тоже стоит обратить свой взгляд на этот сегмент бизнеса уже сегодня, а не быть среди догоняющих в будущем.

Эксперты рассказали, когда машины на водороде станут выгоднее бензиновых

https://ria.ru/20210424/vodorod-1729741668.html

Эксперты рассказали, когда машины на водороде станут выгоднее бензиновых

Эксперты рассказали, когда машины на водороде станут выгоднее бензиновых — РИА Новости, 24.04.2021

Эксперты рассказали, когда машины на водороде станут выгоднее бензиновых

Автомобили на водородном топливе станут выгоднее для покупателей, чем классические авто на бензине, когда цена водорода на российском рынке достигнет 3 долларов РИА Новости, 24.04.2021

2021-04-24T09:28

2021-04-24T09:28

2021-04-24T09:28

министерство промышленности и торговли рф (минпромторг россии)

авто

россия

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/150519/13/1505191376_0:197:2943:1852_1920x0_80_0_0_3448d8807a07ba2ec872386d7cf95cab.jpg

МОСКВА, 24 апр — РИА Новости. Автомобили на водородном топливе станут выгоднее для покупателей, чем классические авто на бензине, когда цена водорода на российском рынке достигнет 3 долларов за килограмм, заявили РИА Новости в Центре компетенций НТИ по технологиям новых и мобильных источников энергии.»Мы сделали расчеты, которые показывают, что, если крайне высокая сейчас стоимость водорода на отечественном рынке придет к 3 долларам за килограмм, водородные автомобили станут выгоднее электромобилей на аккумуляторах. И со временем даже обычных автомобилей с ДВС (двигателями внутреннего сгорания — ред.)», — сказал руководитель Центра компетенций НТИ «Новые и мобильные источники энергии» Юрий Добровольский. При этом эксперты не назвали текущую цену водорода в РФ, так как рынок этого топлива еще не сформирован.Цена автомобилей складывается из разных составляющих, в том числе в нее заложена стоимость инфраструктуры. И если бензиновая инфраструктура уже давно окупила себя, то в случае с водородом расходы на нее будут включаться в стоимость машин, пояснил замруководителя Центра компетенций НТИ «Новые и мобильные источники энергии» Алексей Паевский.По мнению Добровольского, личный транспорт в России вряд ли скоро станет работать на водородном топливе именно из-за дороговизны заправочной инфраструктуры, а вот существенная часть городского пассажирского транспорта может перейти на водород в течение пяти лет.»Изначально экономичнее будет использовать водород именно на городском транспорте и на муниципальном. Когда весь транспорт возвращается ночью в парк на заправку. Это позволит сделать не очень большое количество заправочных станций и это будет экономически выгодно по сравнению с бензиновым транспортом», — добавил Паевский.Говоря о преимуществах водорода в качестве топлива перед бензином, дизтопливом и природным газом, один из собеседников агентства подчеркнул, что водород полностью экологичен.»Водород — это абсолютно чистое топливо при использовании. А природный газ, хотя и дает выбросов меньше, чем бензин или дизельное топливо, но тем не менее он загрязняет окружающую среду, особенно в виде парниковых газов. В случае водорода вред для природы определяется только тем, как он был произведен», — заключил Добровольский.Существует условная градация водорода по цвету в зависимости от способа его производства и выделяемого при этом углеродного следа. К примеру, наиболее «чистым» водородом в отрасли считается «зеленый», получаемый за счет электролиза воды с применением энергии из возобновляемых источников (ВИЭ). Есть также «голубой» водород — из природного газа. При его производстве побочный углекислый газ улавливается и хранится в специальных хранилищах. «Серым» считается водород, при получении которого углекислый газ выбрасывается в атмосферу.Президент РФ Владимир Путин поставил задачу к 2023 году создать в стране городской автобус, работающий на водородном топливе. Доля транспорта на водородном топливе в России в настоящее время равна нулю. «КамАЗ» уже заявил о начале соответствующих разработок. Как сообщили РИА Новости в пресс-службе Минпромторга РФ, первые автобусы, работающие на водородном топливе, выйдут на улицы российских городов в 2024 году.

https://ria.ru/20210415/vodorod-1728400459.html

https://ria.ru/20210422/avtobus-1729392322.html

https://ria.ru/20201013/tpu-1579430871.html

россия

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2021

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/150519/13/1505191376_107:0:2838:2048_1920x0_80_0_0_e6bdb7b068ec98ab9764a9c0b5d58e4c.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

министерство промышленности и торговли рф (минпромторг россии), авто, россия

МОСКВА, 24 апр — РИА Новости. Автомобили на водородном топливе станут выгоднее для покупателей, чем классические авто на бензине, когда цена водорода на российском рынке достигнет 3 долларов за килограмм, заявили РИА Новости в Центре компетенций НТИ по технологиям новых и мобильных источников энергии.

«Мы сделали расчеты, которые показывают, что, если крайне высокая сейчас стоимость водорода на отечественном рынке придет к 3 долларам за килограмм, водородные автомобили станут выгоднее электромобилей на аккумуляторах. И со временем даже обычных автомобилей с ДВС (двигателями внутреннего сгорания — ред.)», — сказал руководитель Центра компетенций НТИ «Новые и мобильные источники энергии» Юрий Добровольский. При этом эксперты не назвали текущую цену водорода в РФ, так как рынок этого топлива еще не сформирован.

15 апреля, 13:49

Новак рассказал о концепции развития водородной энергетики в России

Цена автомобилей складывается из разных составляющих, в том числе в нее заложена стоимость инфраструктуры. И если бензиновая инфраструктура уже давно окупила себя, то в случае с водородом расходы на нее будут включаться в стоимость машин, пояснил замруководителя Центра компетенций НТИ «Новые и мобильные источники энергии» Алексей Паевский.

По мнению Добровольского, личный транспорт в России вряд ли скоро станет работать на водородном топливе именно из-за дороговизны заправочной инфраструктуры, а вот существенная часть городского пассажирского транспорта может перейти на водород в течение пяти лет.

«Изначально экономичнее будет использовать водород именно на городском транспорте и на муниципальном. Когда весь транспорт возвращается ночью в парк на заправку. Это позволит сделать не очень большое количество заправочных станций и это будет экономически выгодно по сравнению с бензиновым транспортом», — добавил Паевский.

22 апреля, 07:19

В Минпромторге рассказали, когда на улицах появятся автобусы на водороде

Говоря о преимуществах водорода в качестве топлива перед бензином, дизтопливом и природным газом, один из собеседников агентства подчеркнул, что водород полностью экологичен.

«Водород — это абсолютно чистое топливо при использовании. А природный газ, хотя и дает выбросов меньше, чем бензин или дизельное топливо, но тем не менее он загрязняет окружающую среду, особенно в виде парниковых газов. В случае водорода вред для природы определяется только тем, как он был произведен», — заключил Добровольский.

Существует условная градация водорода по цвету в зависимости от способа его производства и выделяемого при этом углеродного следа. К примеру, наиболее «чистым» водородом в отрасли считается «зеленый», получаемый за счет электролиза воды с применением энергии из возобновляемых источников (ВИЭ). Есть также «голубой» водород — из природного газа. При его производстве побочный углекислый газ улавливается и хранится в специальных хранилищах. «Серым» считается водород, при получении которого углекислый газ выбрасывается в атмосферу.

13 октября 2020, 03:00НаукаВодородное топливо станет дешевле благодаря российским ученымПрезидент РФ Владимир Путин поставил задачу к 2023 году создать в стране городской автобус, работающий на водородном топливе. Доля транспорта на водородном топливе в России в настоящее время равна нулю. «КамАЗ» уже заявил о начале соответствующих разработок. Как сообщили РИА Новости в пресс-службе Минпромторга РФ, первые автобусы, работающие на водородном топливе, выйдут на улицы российских городов в 2024 году.

Пётр Шелищ: После войны спроса на водородное топливо не было

В августе Правительство утвердило Концепцию развития водородной энергетики, где определило цели и ключевые меры по созданию в России этой новой отрасли. Из документа следует, что наша страна намерена стать мировым лидером в качестве поставщика такого энергоносителя, как водород. Для этого нужно организовать его добычу и дешёвые способы транспортировки, а также создать рынок под новую нишу.

А 8 сентября исполняется 80 лет со дня начала блокады Ленинграда. Эта памятная дата, как и вся хроника войны, тесным образом связана с водородной энергетикой. Ведь именно в осаждённой Северной столице простой механик-самоучка, младший воентехник запаса Борис Шелищ переоборудовал с бензина на водород автомобили, которые спускали на землю аэростаты для их подкачки. Разумеется, им двигали отнюдь не устремления спасти планету от выбросов — он решал задачу спасения города от фашистской авиации… Об этой новаторской разработке и о становлении водородной энергетики нашему изданию рассказал сын изобретателя, председатель Союза потребителей РФ, депутат Госдумы четырёх созывов (19932007) Пётр Шелищ.

— Известно, что ваш отец до войны работал в типографии и на трикотажной фабрике механиком. И уже в 1935 году получил первый патент на устройство для регулирования подачи топлива. Он где-то изучал машиностроение или это было просто его увлечением? Откуда такие познания в строении двигателей, характеристиках топлива и прочих технических вопросах?

— В технике он самоучка. Только в 55 лет получил диплом о высшем образовании, причём экономическом. Но с 1932-го его работа была связана с автотранспортом — в транспортном цехе фабрики, техотделе «Интуриста», гараже вуза. Рассказывал, что первый свой автомобиль собрал в 1934 году из бэушных комплектующих, работая в «Интуристе».

К технике у него был талант, ремонтировал машины легко и с удовольствием.

— Часто ли Борис Исаакович вспоминал войну? О чем он чаще всего рассказывал?

— Он не любил вспоминать о войне, сам никогда не начинал такие разговоры. А когда говорил, то больше о голоде, о мыслях, что, думал, никогда в жизни уже не будет сыт… Для него было огромным счастьем, когда он, приехав первой блокадной зимой домой, нашёл в камине мешок с засохшими остатками хлеба. Их собирали в мирное время, чтобы отдать молочнице, приносившей молоко от своей коровы, но война молочниц отменила, и про сухари забыли.

Также рассказывал, как однажды был в каком-то учреждении, а снаряд попал в машину, на которой он туда приехал. Ещё как ездил на своем автомобиле по городу, когда других легковых машин на улицах уже не было из-за отсутствия бензина.

— А как он сам относился к своему изобретению?

— О своём изобретении до 1975 года вообще говорил редко и мало, явно не считая его подвигом. Хотя был уверен, что принес тогда большую пользу обороне города и, мне кажется, этим гордился. Но очень тихо… Отец рассказывал, как пытался использовать электродвигатели от лифтов, как ему помог Жюль Верн, как их контузило, как он догадался, что нужен гидрозатвор.

Помню его рассказ, как он возмутился, что в представление на награды включили начальников, которые не только не помогали, но и мешали. И тогда с ним не стали спорить, вычеркнули этих начальников, но и ему «скосили» награду с высшей (ордена Ленина) на орден Красной Звезды (обе эти награды давали за военные изобретения).

Ещё вспоминал, как генерал предлагал ему остаться служить в Москве после внедрения изобретения, но он попросил вернуть его в блокадный Ленинград. Отец сказал, мол, товарищи меня не поймут.

Но самым эмоциональным мне казался его рассказ о том, как, получив приказ за неделю переоборудовать на водород 400 автомобилей на позициях аэростатов и понимая, что изготовить столько гидрозатворов за такой срок невозможно, он ездил по заводам в поиске чего-то подходящего, сам не зная, что ищет. Пока не увидел на складе Балтийского завода огромное количество использованных огнетушителей. И сразу понял, что это почти готовые гидрозатворы… Думаю, испытанный при этом восторг стал едва ли не самым сильным переживанием в его жизни.

Аэростаты воздушного заграждения на Исаакиевской площади. © Фотохроника ТАСС

— Изобретённый вашим отцом водородный двигатель, несмотря на все его преимущества, к сожалению, не получил широкого распространения ни на фронте в годы войны, ни в промышленности и машиностроении в послевоенные годы. Почему так произошло, как вы думаете?

— После снятия блокады бензин перестал быть дефицитным, а об экологических проблемах тогда вообще никто не думал. К тому же использование водорода требует специальных мер безопасности, что сильно усложняет систему.

— Как ваш отец отреагировал на ту знаменитую статью в газете «Правда» в 70-е годы, в которой говорилось о водороде как топливе будущего? Знал ли он, что ветераны готовят письмо в редакцию с рассказом о его изобретении?

— Статья его очень воодушевила. Тогда каждый год 9 Мая встречались его однополчане по частям аэростатов воздушного заграждения Ленинградской армии ПВО. Один из них, полковник Конюшков Николай Иванович, в войну начальник штаба их корпуса, тогда уже весьма пожилой человек, первым обратил внимание на эту статью. Он позвонил отцу, потом написал письмо, собрал подписи сослуживцев и отправил в «Правду».

Очень скоро отцу позвонили из газеты, пригласили к ним. Но он тогда был после второго инфаркта и смерти мамы, потому поехать в Москву не смог. Вскоре к нам домой приехал автор той статьи «Топливо будущего», академик Владимир Васильевич Струминский, директор Института проблем механики Сибирского отделения АН СССР. Они проговорили несколько часов. После этого отец воспрянул духом, самочувствие его стало заметно улучшаться.

— Пытался ли Борис Исаакович развивать своё изобретение после войны? Были ли у него новые проекты по использованию водородного топлива?

— Нет, после войны не было спроса на водородное топливо. Отец решал те вопросы, которые перед ним ставились в организациях, где он работал, и ему они были интересны. Как творческий человек, он увлекался новыми задачами — и техническими, и организационными. А их всегда хватало, так что жить ему было интересно.

Мешало здоровье, подорванное войной и блокадой, а также брюшным тифом в середине 1950-х и двумя инфарктами в 1962 и 1972 годах. После третьего инфаркта в 1980-м он ушёл из жизни.

Одна из последних фотографий Бориса Шелища (в центре), конец 1970-х.

— Вы пытались продолжить дело своего отца, в своё время возглавляли Национальную ассоциацию водородной энергетики (НАВЭ). Для чего она была создана и какие задачи решала?

— Да, в начале 2000-х «водородчики» нашли меня, как сына человека, признанного в мире родоначальником применения водорода в качестве автомобильного топлива. И поскольку я тогда уже третий срок был депутатом Государственной Думы, они попросили возглавить недавно созданную ими ассоциацию.

Хотя я не специалист в этой области, но по первому образованию — инженер-физик, так что разобраться на неглубоком уровне могу. Поэтому согласился и 14 лет руководил НАВЭ, считая её главными задачами пропаганду водородных технологий и создание нормативной базы для её развития.

В самом начале, в ноябре 2003 года, в составе российской делегации участвовал в межгосударственной конференции в Вашингтоне, где 15 странами, в том числе Россией, было учреждено Партнерство по водородной экономике. Тогда участники с огромным вниманием слушали доклады от нашей страны о приоритетных разработках по энергетическому использованию водорода для автомобилей, подводных лодок, самолётов, космических аппаратов.

Читайте также:

• Электромобилям могут разрешить бесплатно ездить по платным дорогам • Стоимость ветряной электроэнергии должна сравняться с традиционной к 2036 году

К сожалению, на следующих конференциях подобного интереса к нам уже не было, поскольку не представлялись принципиально новые результаты. А в ряде других стран тем временем энергично проводили исследования, строили заправочные станции и готовились выпускать водородные автомобили.

Но ассоциация делала что могла. Объединила ведущих учёных, которые вошли в её президиум и активно работали вместе с руководителями Федерального агентства по науке. Мы подготовили и апробировали курс «водородного всеобуча» для школьников и студентов, создали технический комитет по стандартизации водородных технологий, который подготовил пакет «водородных» стандартов, основанных на международных аналогах. Также разработали проекты техрегламентов по безопасности водородных устройств и систем, в том числе топливных элементов.

Помимо этого, регулярно вносили в высшие органы исполнительной власти предложения по стимулированию ускоренного развития водородной энергетики и проекты программ создания водородных транспортно-энергетических комплексов в разных регионах России… К сожалению, ничего из этих предложений тогда востребовано не было.

— Недавно кабмин утвердил Концепцию развития водородной энергетики, в большей степени ориентированной на добычу и поставки водорода. Но, чтобы этот рынок развивался, нужны потребители. Готова ли сегодня Россия перейти на водородное топливо?

— Наша страна сейчас не готова быть ни производителем водородных энергетических устройств и систем, ни даже их массовым потребителем. Концепция развития водородной энергетики и рассчитана на то, чтобы подготовиться к этому. Но, как вы верно заметили, с преимущественной ориентацией на производство водорода на экспорт. То есть Россия по-прежнему видится как глобальный поставщик энергоресурса, только теперь это будет не нефть и газ, а водород.

Тут есть серьёзная проблема, поскольку основными способами получения водорода в концепции видится его производство из угля и природного газа. А эти технологии оставляют значительный углеродный след, за который в соответствии с новыми нормами Евросоюза вскоре придётся платить, что может сделать наш водород неконкурентоспособным.

Между тем очень большой спрос на водород может быть предъявлен отраслями нефтепереработки и газопереработки, химической промышленностью, это следует иметь в виду.

— О временах, когда человечество перейдет с бензина и угля на водород, говорил ещё Жюль Верн. Как вы считаете, произойдет ли это в обозримой перспективе?

— Во времена Жюля Верна основными энергоносителями были дрова и уголь, нефть и природный газ еще не имели широкого применения. Писатель устами своего героя инженера Сайруса Смита говорит, что уголь когда-то закончится и тогда на смену ему придёт вода, разложенная на водород и кислород.

Я тоже в это верю, но понимаю, что для этого надо, чтобы водородные технологии стали экономически более выгодными, чем используемые сейчас, и человечество научилось производить зелёный водород, а не так, как планируется сейчас в нашей Концепции развития водородной энергетики.


История изобретения водородного двигателя

Борис Исаакович Шелищ был призван в ряды Красной армии 23 июня 1941-го и попал в 3-й полк аэростатов заграждения второго корпуса ПВО на должность автотехника. Ему было 32 года, за плечами — Советско-финская война и работа механиком на ленинградских фабриках.

Аэростаты прикрывали Ленинград от вражеской авиации. Поднятые на высоту 2—4 километров, они заграждали путь самолетам, а если те задевали крылом трос, то срабатывала фугасная бомба. Аэростаты накачивали водородом, но постепенно газ утекал в атмосферу. Поэтому их нужно было спускать каждые 25—30 дней и накачивать вновь. Тросы крепились к лебедкам на полуторках ГАЗ-АА. Когда в сентябре 1941-го фашисты осадили Ленинград со всех сторон и в городе закончился бензин, машины остановились. Спускать аэростаты для подкачки стало невозможно, и город превратился в открытый объект для бомбардировок.

«Чтобы выбрать аэростаты, то есть опустить их из воздуха для перезарядки, надо было включать автомобильные моторы, а бензина не было. Ведь сотни аэростатов висели над городом, они не давали фашистским самолетам снижаться, мешали пикировать, вести прицельное бомбометание… Таким образом, боевые операции данного вида оружия прекращались», — приводятся воспоминания Бориса Шелища в книге Даниила Гранина и Алеся Адамовича «Блокадная книга».

Боевая позиция аэростата воздушного заграждения

Вначале Шелищ предложил использовать электрические лебедки от лифтов, но затем в городе не стало и электроэнергии. Размышляя о способах спуска и подъема аэростатов, Борис Исаакович вдруг вспомнил любимую в детстве книгу — «Таинственный остров» Жюля Верна.

«С детства запомнилась мне глава «Топливо будущего». Достал книгу. Перечитал. Там было прямо написано: что заменит уголь, когда его не станет? Вода. Как вода? А так — вода, разложенная на составные части, — водород плюс кислород. Я думаю — не пришло ли это время? Ведь мы что делали: выдавливали оболочку аэростата, выпускали так называемый грязный водород, а это всё равно что выливать на землю бочку бензина», — вспоминал Борис Исаакович в «Блокадной книге».

Дальнейшее было делом техники: Шелищ просто вставил шланг от аэростатной оболочки во всасывающую трубу двигателя. Мотор заработал ровно и спокойно. Но когда он добавил обороты, раздался взрыв, а сам лейтенант чудом выжил, получив контузию. Вскоре он догадался, что нужно сделать гидрозатвор. «Взял я огнетушитель и сделал в нем гидрозатвор. Двигатель сосет водород через воду. Обратная же вспышка через воду не доходит», — рассказывал изобретатель.

Командование оценило разработку и поручило оборудовать водородными двигателями все аэростатные лебедки — несколько сотен за десять дней! К счастью, на Балтийском заводе нашелся склад со списанными огнетушителями — задание было выполнено, аэростаты вновь закрыли небо Ленинграда.

Борис Шелищ отмечал, что на водородном топливе двигатели работали даже лучше, чем на бензине, и без проблем заводились в мороз. На выставке изобретений военных рационализаторов в штабе ПВО в декабре 1941-го, организованной Комитетом по обороне Ленинграда для поднятия боевого духа защитников города, водородный мотор работал в закрытом помещении несколько часов. Но ни дыма, ни гари посетители не чувствовали — на выходе образовывался обычный водяной пар.

За своё изобретение Борис Шелищ в декабре 1941 года был удостоен ордена Красной Звезды. «Изобретение тов. Шелища имеет огромное оборонное и народно-хозяйственное значение», — указано в наградном листе.

В январе 1942 года — вызов в Москву. Тогда он помог организовать перевод на водород около трёхсот двигателей. Уже летом 1943-го получил авторское свидетельство на своё изобретение, тем самым определив первенство СССР в освоении технологий энергетики будущего.

Но, увы, кроме Ленинграда и Москвы, больше нигде водородные двигатели применять не стали. История умалчивает почему. И в послевоенные годы о новом топливе позабыли — вплоть до середины 70-х годов.

В 1974-м в передовице газеты «Правда» вышла статья «Топливо будущего — водород». В ней говорилось, что советские учёные в 1968 году, на год раньше американских коллег, нашли альтернативный источник энергии — водород. Вскоре в редакцию «Правды» пришло письмо с опровержением от ветеранов ПВО, которые и рассказали об изобретении Бориса Шелища.

Это стало сенсацией. Страна наконец вспомнила и оценила заслуги своего героя-рационализатора. Бориса Исааковича, на тот момент уже пенсионера, стали приглашать на заседания комиссии по водородной энергетике АН СССР, также выступать с лекциями. Кроме того, он собирался написать книгу о практическом применении водородного топлива. Но этим и многим другим планам не суждено было сбыться — Борис Шелищ скончался 1 марта 1980 года.

Автозаправка сможет получать топливо из воздуха

Российские ученые сделали и уже подключили к автозаправке первый отечественный электролизный генератор газа, способный производить водород с чистотой 99,999%. Это делает заправку автономной – топливо она получит из воды.

Водородный электролизер – устройство, способное разделять компоненты жидкости при помощи электрического тока, – разработан компанией «Поликом» на базе Центра компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) «Новые и мобильные источники энергии». С его использованием заправка становится независима от внешних поставок газа. По сравнению с обычной бензиновой заправка, для которой водород поставляется в баллонах, в 5–6 раз дороже в эксплуатации. Электролизер эту диспропорцию выравнивает. Прибор использует электричество и воду – эти ресурсы, даже с учетом системы водоподготовки, есть на любой заправке, говорит генеральный директор «Поликома» Евгений Волков.

Внедрение водородного топлива в России делает самые первые шаги – в стране практически нет водородного транспорта, поэтому нет и инфраструктуры для его заправки. В регулярном режиме в России сейчас эксплуатируется только один-единственный автомобиль на водородных топливных элементах – Toyota Mirai. Но это только начало. Год назад правительство России приняло решение разработать программу развития национальной водородной энергетики. Это ключевой фактор глобальной энергетической трансформации, позволяющий снизить парниковые выбросы. Чтобы к 2050 г. понизить температуру окружающего воздуха на 2 градуса, нужно перевести на водородное топливо 400 млн частных автомобилей, 15–20 млн грузовиков и 5 млн единиц общественного транспорта, показал отчет аналитического центра Hydrogen Council. Данные легли в основу программы Центра компетенций НТИ «Водородная Россия – 2050». Один из этапов программы – создание водородной трассы Москва – Казань со всей необходимой инфраструктурой. А также постепенное внедрение в России водородных автомобилей.

В ноябре 2020 г. компания «Эвокарго» объявила о выпуске беспилотного грузовика EVO-1. Он полностью основан на российских разработках, оснащен гибридной системой питания от электрических батарей и водородных топливных элементов, говорилось в официальном сообщении компании. В перспективе грузовики «Эвокарго» смогут пользоваться водородными заправками «Поликома», отметили в офисе НТИ. Понятно, что водородные заправки будут востребованы, когда будут реализованы масштабные транспортные проекты на водороде – пассажирские перевозки, грузовой и коммунальный транспорт.

Человечество более 50 лет ищет альтернативу традиционным моторам, и одна из возможных замен – двигатели, работающие на водороде. При сгорании водорода не образуется токсичных выбросов, он совершенно экологически безопасен, рассказывает генеральный директор «Донэнерго», эксперт в области энергетики и электротранспорта Сергей Сизиков. Минусы водорода – его стоимость и взрывоопасность, а также то, что для его добычи нужен целый производственный комплекс и не в каждом регионе он есть. Водородный транспорт существует пока в виде проектов – в основном ими занимаются крупные автомобильные компании, которые вместе с учеными разрабатывают соответствующие концепты. Из-за взрывоопасности технология не получила распространения в повседневной жизни – мировые производители в качестве основного вектора выбрали электротранспорт, эта технология уже используется людьми и на данный момент электрические гибриды существенно перспективнее водородных, заключает Сизиков. Так что на данный момент водородная технология является скорее научной, чем практической.

Водород как топливо – мировой тренд. Опыт каких стран и для чего может перенять Украина.: Александр Репкин. ТЭК| Экономика

Чистый, экологический, современный: все это – о «зеленом» водороде. Именно его считают топливом будущего и оказывают на него ставки все больше и больше стран. На водороде могут ездить автомобили, поезда, им можно заправлять самолеты, он не оставляет вредных выбросов и не наносит вреда окружающей среде. А еще может заменить традиционные энергоносители. И это все – не в далеком будущем, а уже сейчас. В мире наблюдается тренд на водород.

Франция, Япония, Австралия, Норвегия, Германия, Португалия, Испания, США, Чили и Финляндия – вот лишь небольшой список государств, которые уже взяли себе за цель стимулировать добычу водорода и использование его как экологического топлива. Присоединилась к ним и Украина, более того, она может стать ключевым экспортером этого вида топлива для всей Европы, имея хорошую перспективу по количеству возобновляемых источников энергии.

Интересно, что первая водородная установка в мире появилась именно в нашей стране. Директор Института возобновляемой энергетики НАН Украины Степан Кудря разработал в 1994 году проект водородной станции для получения водорода. Впоследствии наши ученые делились опытом создания «зеленого» будущего с европейскими странами.

Украина была и всегда будет передовой страной с огромным потенциалом водородного направления. Также у нас есть все для того, чтобы стать главным экспортером водорода для Европы и привлечь серьезные инвестиции.

А пока расскажу о странах, которые уже активно занимаются развитием водородной энергетики и могут быть для нас примером.

Япония

Япония рассматривает водород в качестве главного носителя чистой энергии. Благодаря ему вместе с уменьшением выбросов рассчитывает удовлетворить энергетические потребности промышленности и граждан. Более того, страна ставит целью мировое лидерство в темпах внедрения водородных технологий. Ведь первые водородные программы были начаты японцами еще в 70-х годах прошлого века, а первую дорожную карту по этому вопросу Япония утвердила в 2014 году.

Своеобразным символом экологических целей страны стала Олимпиада-2020, которая недавно прошла в Токио. В борьбе за будущее с нулевым углеродным следом Япония и МОК (Международный олимпийский комитет) решили продвигать идею использования водорода и водородного преобразования мировой экономики. Главным символом этих преобразований стал водородный факел Олимпиады-2020. Использованное для него водородное топливо было произведено с помощью «зеленой» солнечной энергии в префектуре Фукусима (напомню, что авария на атомной станции Фукусима-1 нанесла большой вред экологии региона и всего мира). Чистый водород стал главным источником энергии для электричества Олимпийской деревни, 100 экологически чистых автобусов Toyota и 500 водородных автомобилей Mirai, которые обслуживали олимпийцев и гостей события.

Дальнейшие водородные планы Японии очень амбициозны. Уже сейчас страна имеет 135 водородных заправочных станций – больше, чем в любой стране. И эта сеть будет значительно расширена, ведь до 2030 года японцы планируют выпустить 800 000 автомобилей на водородных топливных элементах.

Германия

«Мы делаем Германию водородной страной», – заявил Федеральный министр транспорта Андреас Шоер. В конце весны стало известно, что немецкое правительство инвестирует 8 млрд евро в 62 масштабные водородные проекты. Избранные инициативы охватывают цепочку от производства водорода к использованию новейшего топлива на транспорте и промышленного применения (в металлургии и химической промышленности). Немецкие чиновники подчеркивают, что предоставленное финансирование – лишь начало дальнейших инвестиций, которых потребует отрасль. Их объем оценивается в 33 млрд евро, 20 млрд евро из которых ожидается от частных инвесторов.

Среди примеров заинтересованности частного бизнеса – завод по производству водорода путем электролиза, который будет строиться в партнерстве между Air Liquide и Siemens Energy. Ожидается, что первая фаза проекта, общая мощность которого составит 30 МВт, будет запущена в начале 2023 года. Его уникальность заключается в том, что электролизер будет интегрирован в существующую местную трубопроводную инфраструктуру Air Liquide. «Зеленый» водород будет обеспечивать ключевые отрасли промышленности и транспорта Оберхаузен, который считается одним из самых промышленно развитых регионов Германии. Для ускорения реализации проекта часть финансирования предоставлена Федеральным министерством экономики и энергетики страны.

Добавлю, что сейчас Федеральный министр экономики и энергетики Германии Петер Альтмаер сотрудничает с немецкими компаниями с целью решения вопроса транспортировки «зеленого» водорода из Украины в ФРГ, а также в Европейский Союз. Другие ключевые темы касаются дальнейшего развития украинского-германского энергетического партнерства, реализации крупных инвестиционных проектов в сфере возобновляемой энергетики, включая производство и транспортировкой «зеленого» водорода.

Австралия

Австралийцы утвердили местную водородную стратегию два года назад. Ее реализация до 2030 года является одной из главных задач австралийских чиновников. Стратегия включает более полсотни направлений – начиная от научных исследований и заканчивая ускорением коммерциализации и развитием экспортного потенциала. Ставится цель использования водорода на транспорте, в промышленности, приспособления газотранспортных сетей и тому подобное. Все эти меры получают государственную финансовую поддержку через ряд агентств и государственных объединений.

Среди наиболее амбициозных водородных проектов в мире следует назвать Азиатский хаб возобновляемой энергии, расположенный в австралийском Пилбаре. Ветреная и солнечная электростанции площадью 6,5 тыс. Квадратных километров производить 26000 МВт чистой электроэнергии, большая часть которой будет использоваться в производстве водорода и аммиака для поставки на внутренние и экспортные рынки. Инициатива стоимостью $ 16 млрд обеспечит поставки экологически чистого водорода уже в 2027 году.

Еще один из проектов, который дает возможность заглянуть в будущее, реализуется в Центре инноваций в области экологически чистой энергии газового дистрибьютора в Перте. Там водород, производимый с помощью электролизера, смешивается с природным газом и испытывается в бытовом применении. Этот подход направлен на изучение использования водорода в имеющихся трубопроводах и инфраструктуре.

В Центре водорода Toyota, который мировой производитель автомобилей расположил в пригороде Мельбурна, водород для автозаправочных станций производится с помощью электролизера. Эта технология предлагает альтернативу электромобилям с водородным топливным элементом, который производит электричество для питания электродвигателя.

Австралия (как, собственно, и Украина) имеет очень хорошие возможности для производства и экспорта водорода в больших масштабах из-за обилия энергии ветра, солнца и ископаемого топлива. Также преимуществом австралийцев является близость к азиатским рынкам, которые, как ожидается, вскоре станут основными импортерами водорода. В их число входит Япония, которая импортирует около 90% своих потребностей в энергии.

США

Переход к массовому производству «зеленого» водорода США планирует осуществить до 2030 года. Уже сейчас страна формирует мировой спрос на водное автомобильное топливо. Еще почти 30 000 специализированных машин на водороде используются в американском логистической секторе. Этот «водородный» парк в ближайшие годы возрастет, а под него, разумеется, потребуется соответствующее количество станций для заправки.

Сейчас местным лидером в использовании водородных технологий является Калифорния. Хочу привести пример нового завода, который строится возле Лос-Анджелеса. Промышленники отрабатывают новую технологию производства «зеленого» водорода из пластика и переработанной бумаги. Сейчас считается, что изобретение позволит сократить выбросы углерода, даже если сравнить с водородом, произведенным с помощью электролиза и возобновляемых источников энергии.

Предполагается, что завод будет выпускать 3800 тонн водорода в год, перерабатывая 40 000 тонн отходов. Также горожане смогут экономить на затратах по захоронению мусора. Город будет использовать водород на транспорте, а также для выработки электроэнергии.

Кроме того, отмечу, что в начале июля Министерство энергетики США объявило о выделении $ 52500000 для финансирования 31 проекта по развитию технологий чистого водорода следующего поколения. Речь идет о ряде инициатив по устранению технических пробелов в технологиях производства, хранения, распределения и использования нового энергоносителя.

Украина и ее водородная сила

В Украине уже есть несколько пилотных водородных проектов по изготовлению, использованию и транспортировке водорода. Так, в Южной Бессарабии (Одесская область) создается энергетический кластер, где будет производиться электроэнергия из возобновляемых источников, «зеленый» водород, прорабатывается возможность экспорта энергоносителей в страны Европейского Союза. В планах – реализовать строительство электролизерной станции мощностью 3000 МВт и солнечной электростанции мощностью 5000 МВт.

В южных регионах можно использовать потенциал Дуная. Река будет не только источником пресной воды, но и логистическим маршрутом для транспортировки «зеленого» водорода минимум в пять стран.

Наше государство имеет прекрасную локацию для того, чтобы стать одним из основных поставщиков «зеленого» водорода для ЕС. Водородная энергетика открывает новые возможности для Украины, у которой есть сеть трубопроводов, подключенных к европейской системе, и инфраструктуру хранения.

Также сконцентрирую внимание на том, что украинские усилия для предотвращения запуска Северного потока-2 не сработали, и стоит сосредоточиться на «зеленом» водороде. Именно он является альтернативой газа. Мы имеем огромный потенциал для наращивания новых мощностей возобновляемых источников энергетики, а также запуска рынка оффшорной ветроэнергетики. Украинской ГТС угрожает именно Северный поток-2, поэтому необходимо быстро ее переориентировать на поставку «зеленого» водорода и сохранить доход страны от транзита. И, как следствие – занять весомое место на международном рынке энергоигроков.

Если Вы заметили орфографическую ошибку, выделите её мышью и нажмите Ctrl+Enter.

Статьи, публикуемые в разделе «Мнения», отражают точку зрения автора и могут не совпадать с позицией редакции LIGA.net

Производство водорода: электролиз | Министерство энергетики

Как это работает?

Подобно топливным элементам, электролизеры состоят из анода и катода, разделенных электролитом. Различные электролизеры работают по-разному, в основном из-за разного типа материала электролита и ионных частиц, которые он проводит.

Мембранные электролизеры с полимерным электролитом

В электролизере с мембраной с полимерным электролитом (PEM) электролит представляет собой твердый специальный пластик.

  • Вода реагирует на аноде с образованием кислорода и положительно заряженных ионов водорода (протонов).
  • Электроны проходят через внешнюю цепь, а ионы водорода избирательно перемещаются через PEM к катоду.
  • На катоде ионы водорода объединяются с электронами из внешней цепи с образованием газообразного водорода. Анодная реакция: 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e Катодная реакция: 4H + + 4e → 2H 2

Электролизеры щелочные

Щелочные электролизеры работают за счет переноса гидроксид-ионов (OH ) через электролит от катода к аноду с образованием водорода на катодной стороне.Электролизеры, использующие жидкий щелочной раствор гидроксида натрия или калия в качестве электролита, коммерчески доступны в течение многих лет. Новые подходы, использующие твердые щелочно-обменные мембраны (AEM) в качестве электролита, перспективны в лабораторных условиях.

Электролизеры на твердом оксиде

Твердооксидные электролизеры, в которых в качестве электролита используется твердый керамический материал, который избирательно проводит отрицательно заряженные ионы кислорода (O 2-) при повышенных температурах, генерируют водород несколько иначе.

  • Пар на катоде объединяется с электронами из внешнего контура с образованием газообразного водорода и отрицательно заряженных ионов кислорода.
  • Ионы кислорода проходят через твердую керамическую мембрану и реагируют на аноде с образованием газообразного кислорода и генерируют электроны для внешнего контура.

Твердооксидные электролизеры должны работать при температурах, достаточно высоких, чтобы твердооксидные мембраны функционировали должным образом (около 700-800 ° C, по сравнению с электролизерами PEM, которые работают при 70-90 ° C, и коммерческими щелочными электролизерами, которые обычно работать при температуре ниже 100 ° C).Усовершенствованные лабораторные твердооксидные электролизеры на основе протонпроводящих керамических электролитов обещают снизить рабочую температуру до 500–600 ° C. Электролизеры на твердом оксиде могут эффективно использовать тепло, доступное при этих повышенных температурах (из различных источников, включая ядерную энергию), для уменьшения количества электроэнергии, необходимой для производства водорода из воды.

Почему рассматривается этот путь?

Электролиз — это ведущий способ производства водорода для достижения цели Hydrogen Energy Earthshot по снижению стоимости чистого водорода на 80% до 1 доллара за 1 килограмм за 1 десятилетие («11 11»).Водород, произведенный посредством электролиза, может привести к нулевым выбросам парниковых газов, в зависимости от источника используемой электроэнергии. Источник необходимой электроэнергии, включая ее стоимость и эффективность, а также выбросы в результате производства электроэнергии, необходимо учитывать при оценке выгод и экономической целесообразности производства водорода посредством электролиза. Во многих регионах страны сегодняшняя электросеть не идеальна для обеспечения электроэнергией, необходимой для электролиза, из-за выделяемых парниковых газов и количества топлива, необходимого из-за низкой эффективности процесса производства электроэнергии.Производство водорода посредством электролиза используется для возобновляемых источников энергии (ветровой, солнечной, гидро-, геотермальной) и ядерной энергии. Эти способы производства водорода приводят к практически нулевым выбросам парниковых газов и загрязняющих веществ; тем не менее, необходимо значительно снизить производственные затраты, чтобы быть конкурентоспособными с более зрелыми углеродными технологиями, такими как риформинг природного газа.

Потенциал для синергизма с производством электроэнергии из возобновляемых источников
Производство водорода посредством электролиза может открыть возможности для синергизма с динамическим и прерывистым производством электроэнергии, что характерно для некоторых технологий возобновляемых источников энергии.Например, несмотря на то, что стоимость энергии ветра продолжает снижаться, присущая ветру изменчивость является препятствием для эффективного использования энергии ветра. Водородное топливо и производство электроэнергии могут быть интегрированы в ветряную электростанцию, что позволит гибко менять производство, чтобы наилучшим образом согласовать доступность ресурсов с эксплуатационными потребностями системы и рыночными факторами. Кроме того, во время избыточного производства электроэнергии ветряными электростанциями вместо того, чтобы сокращать потребление электроэнергии, как это обычно делается, можно использовать это избыточное электричество для производства водорода путем электролиза.

Важно отметить …

  • Сегодняшняя электросеть не является идеальным источником электроэнергии для электролиза, поскольку большая часть электроэнергии вырабатывается с использованием технологий, которые приводят к выбросам парниковых газов и являются энергоемкими. Производство электроэнергии с использованием технологий возобновляемой или ядерной энергии, либо отдельно от сети, либо в качестве растущей части структуры сети, является возможным вариантом преодоления этих ограничений для производства водорода посредством электролиза.
  • Министерство энергетики США и другие продолжают усилия по снижению стоимости производства электроэнергии из возобновляемых источников и развитию более эффективного производства электроэнергии на основе ископаемого топлива с улавливанием, использованием и хранением углерода. Например, производство ветровой электроэнергии быстро растет в Соединенных Штатах и ​​во всем мире.

Исследования направлены на преодоление трудностей

  • Достижение целевого показателя затрат на чистый водород Hydrogen Shot в размере 1 долл. США / кг H 2 к 2030 г. (и промежуточного целевого показателя в 2 долл. США / кг H 2 к 2025 г.) за счет лучшего понимания компромиссов производительности, стоимости и долговечности электролизера системы в прогнозируемых будущих динамических режимах работы, использующие электроэнергию без CO 2 .
  • Снижение капитальных затрат на электролизер и остальную часть системы.
  • Повышение энергоэффективности преобразования электроэнергии в водород в широком диапазоне рабочих условий.
  • Повышение уровня понимания процессов деградации электролизеров и батарей, а также разработка стратегий смягчения последствий для увеличения срока эксплуатации.

Производство водорода: фотобиологическое | Министерство энергетики

В фотобиологическом процессе производства водорода используются микроорганизмы и солнечный свет для превращения воды, а иногда и органических веществ в водород.Это долгосрочный технологический путь на ранних этапах исследований, который имеет долгосрочный потенциал для устойчивого производства водорода с низким воздействием на окружающую среду.

Как это работает?

В фотолитических биологических системах микроорганизмы, такие как зеленые микроводоросли или цианобактерии, используют солнечный свет для расщепления воды на ионы кислорода и водорода. Ионы водорода могут объединяться прямым или косвенным путем и выделяться в виде газообразного водорода. Проблемы для этого пути включают низкие скорости производства водорода и тот факт, что при расщеплении воды также образуется кислород, который быстро ингибирует реакцию производства водорода и может быть проблемой безопасности при смешивании с водородом в определенных концентрациях.Исследователи работают над разработкой методов, позволяющих микробам производить водород в течение более длительных периодов времени и увеличивать скорость производства водорода.

Некоторые фотосинтетические микробы используют солнечный свет как движущую силу для разрушения органических веществ с выделением водорода. Это известно как фотоферментативное производство водорода. Некоторые из основных проблем этого пути включают очень низкую скорость производства водорода и низкую эффективность преобразования солнечной энергии в водород, что делает его коммерчески нежизнеспособным путем производства водорода в настоящее время.

Исследователи ищут способы сделать микробы лучше собирать и использовать энергию, чтобы сделать больше доступной для производства водорода, и изменить их нормальные биологические пути, чтобы увеличить скорость производства водорода.

Почему рассматривается этот путь?

В долгосрочной перспективе технологии фотобиологического производства могут обеспечить экономичное производство водорода из солнечного света с низкими или нулевыми выбросами углерода. Водоросли и бактерии можно выращивать в воде, которую нельзя использовать для питья или в сельском хозяйстве, и потенциально они могут даже использовать сточные воды.

Исследования направлены на преодоление трудностей

Исследования в области фотобиологического водорода в последние годы продвинулись вперед, но все еще находятся на начальной стадии. Существует ряд общих проблем как при фотолитическом, так и при фотоферментативном биологическом производстве водорода. Многие из этих проблем требуют дальнейших исследований фундаментальных, фундаментальных вопросов, таких как те, которые проводятся в Управлении науки Министерства энергетики США, в том числе:

  • Повышение активности ферментов, производящих водород, а также метаболических путей, необходимых для реакций, для увеличения скорости производства водорода.
  • Разработка штаммов, которые могут эффективно использовать солнечный свет и другие материалы для увеличения выхода водорода.
  • Разработка деформаций и конфигураций реакторов, которые в конечном итоге могут быть использованы в больших масштабах для промышленного производства водорода.

Производство водорода: газификация биомассы | Министерство энергетики

Газификация биомассы — это зрелый технологический путь, в котором используется контролируемый процесс с участием тепла, пара и кислорода для преобразования биомассы в водород и другие продукты без сжигания.Поскольку при выращивании биомассы углекислый газ удаляется из атмосферы, чистые выбросы углерода при использовании этого метода могут быть низкими, особенно в сочетании с улавливанием, использованием и хранением углерода в долгосрочной перспективе. Заводы по газификации биотоплива строятся и эксплуатируются, и они могут предоставить передовой опыт и извлеченные уроки для производства водорода. Министерство энергетики США ожидает, что газификация биомассы может быть развернута в ближайшем будущем.

Что такое биомасса?

Биомасса, возобновляемый органический ресурс, включает остатки сельскохозяйственных культур (такие как кукурузная солома или пшеничная солома), лесные остатки, специальные культуры, выращиваемые специально для использования энергии (например, просо или ива), органические твердые бытовые отходы и отходы животноводства.Этот возобновляемый ресурс можно использовать для производства водорода, наряду с другими побочными продуктами, путем газификации.

Как работает газификация биомассы?

Газификация — это процесс, при котором органические или ископаемые углеродсодержащие материалы при высоких температурах (> 700 ° C) без сжигания с контролируемым количеством кислорода и / или пара преобразуются в монооксид углерода, водород и диоксид углерода. Затем монооксид углерода реагирует с водой с образованием диоксида углерода и большего количества водорода в результате реакции конверсии водяного газа.Адсорберы или специальные мембраны могут отделять водород от этого газового потока.

Упрощенный пример реакции
C 6 H 12 O 6 + O 2 + H 2 O → CO + CO 2 + H 2 + другие виды

Примечание. В приведенной выше реакции вместо целлюлозы используется глюкоза. Фактическая биомасса имеет очень изменчивый состав и сложность, при этом целлюлоза является одним из основных компонентов.

Реакция конверсии водяного газа
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (+ небольшое количество тепла)

Пиролиз — это газификация биомассы в отсутствие кислорода.В общем, биомасса не газифицируется так же легко, как уголь, и она производит другие углеводородные соединения в газовой смеси, выходящей из газогенератора; это особенно верно, когда кислород не используется. В результате обычно требуется дополнительная стадия реформинга этих углеводородов с использованием катализатора для получения чистой смеси синтез-газа, состоящей из водорода, монооксида углерода и диоксида углерода. Затем, как и в процессе газификации для производства водорода, на стадии реакции сдвига (с паром) монооксид углерода преобразуется в диоксид углерода.Затем полученный водород отделяется и очищается.

Почему рассматривается этот путь?

Биомасса — это богатый внутренний ресурс.
В Соединенных Штатах доступно больше биомассы, чем требуется для производства продуктов питания и кормов для животных. В недавнем отчете прогнозируется, что с ожидаемыми улучшениями в методах ведения сельского хозяйства и селекции растений, до 1 миллиарда сухих тонн биомассы может быть доступно для использования в год. Для получения дополнительной информации см. U.S. Обновление на миллиард тонн: поставка биомассы для индустрии биоэнергетики и биопродуктов.

Биомасса «перерабатывает» диоксид углерода.
Растения потребляют углекислый газ из атмосферы как часть своего естественного процесса роста, поскольку они производят биомассу, компенсируя углекислый газ, выделяемый при производстве водорода посредством газификации биомассы, что приводит к низким чистым выбросам парниковых газов.

Исследования направлены на преодоление трудностей

Ключевые проблемы производства водорода с помощью газификации биомассы связаны с сокращением затрат, связанных с капитальным оборудованием и сырьем для биомассы.

Исследования по снижению капитальных затрат:

  • Замена криогенного процесса, используемого в настоящее время для отделения кислорода от воздуха, когда кислород используется в газификаторе, на новую мембранную технологию.
  • Разработка новых мембранных технологий для лучшего отделения и очистки водорода от производимого газового потока (аналогично газификации угля).
  • Интенсификация процесса (объединение шагов в меньшее количество операций).

Исследования по снижению затрат на сырье биомассы:

  • Улучшение агротехники и селекционной работы должно привести к низким и стабильным затратам на сырье.

Поскольку газификация биомассы является зрелой технологией, затраты на сырье и уроки, извлеченные из коммерческих демонстраций, определят ее потенциал в качестве жизнеспособного пути для конкурентоспособного по стоимости производства водорода.

Центр данных по альтернативным видам топлива: основы водорода

Водород (H 2 ) — альтернативное топливо, которое можно производить из различных внутренних источников. Хотя рынок водорода в качестве транспортного топлива находится в зачаточном состоянии, правительство и промышленность работают над чистым, экономичным и безопасным производством и распределением водорода для широкого использования в электромобилях на топливных элементах (FCEV).Легковые автомобили FCEV теперь доступны в ограниченных количествах для потребительского рынка в локализованных регионах внутри страны и по всему миру. Рынок также развивается в отношении автобусов, погрузочно-разгрузочного оборудования (такого как вилочные погрузчики), наземного вспомогательного оборудования, грузовиков средней и большой грузоподъемности, морских судов и стационарного оборудования. Для получения дополнительной информации см. Свойства топлива и Центр ресурсов по анализу водорода.

В нашей окружающей среде много водорода. Он хранится в воде (H 2 O), углеводородах (таких как метан, CH 4 ) и других органических веществах.Одной из проблем использования водорода в качестве топлива является его эффективное извлечение из этих соединений.

В настоящее время паровой риформинг — сочетание высокотемпературного пара с природным газом для извлечения водорода — составляет большую часть водорода, производимого в Соединенных Штатах. Водород также можно получить из воды путем электролиза. Это более энергоемко, но может быть выполнено с использованием возобновляемых источников энергии, таких как ветер или солнце, и избегая вредных выбросов, связанных с другими видами производства энергии.

Почти весь водород, ежегодно производимый в Соединенных Штатах, используется для очистки нефти, обработки металлов, производства удобрений и обработки пищевых продуктов.

Хотя производство водорода может приводить к выбросам, влияющим на качество воздуха, в зависимости от источника, FCEV, работающий на водороде, выделяет только водяной пар и теплый воздух в качестве выхлопных газов и считается автомобилем с нулевым уровнем выбросов. Основные усилия в области исследований и разработок направлены на то, чтобы сделать эти автомобили и их инфраструктуру практичными для широкого использования.Это привело к развертыванию легких серийных автомобилей для розничных потребителей, а также к первоначальному внедрению автобусов и грузовиков средней и большой грузоподъемности в Калифорнии и доступности автопарка в северо-восточных штатах.

Узнайте больше о водороде и топливных элементах в отделе технологий водородных и топливных элементов.

Водород как альтернативное топливо

Водород считается альтернативным топливом в соответствии с Законом об энергетической политике 1992 года. Интерес к водороду в качестве альтернативного транспортного топлива обусловлен его способностью приводить в действие топливные элементы в транспортных средствах с нулевым уровнем выбросов, его потенциалом для внутреннего производства и быстрой заправкой топливных элементов. время и высокая эффективность.Фактически топливный элемент, соединенный с электродвигателем, в два-три раза более эффективен, чем двигатель внутреннего сгорания, работающий на бензине. Водород также может служить топливом для двигателей внутреннего сгорания. Однако, в отличие от FCEV, они производят выбросы из выхлопной трубы и менее эффективны. Узнайте больше о топливных элементах.

Энергия 2,2 фунта (1 килограмм) газообразного водорода примерно такая же, как энергия 1 галлона (6,2 фунта, 2,8 кг) бензина. Поскольку водород имеет низкую объемную плотность энергии, он хранится на борту транспортного средства в виде сжатого газа для достижения дальности движения обычных транспортных средств.В большинстве современных приложений используются резервуары высокого давления, способные хранить водород с плотностью 5 000 или 10 000 фунтов на квадратный дюйм (psi). Например, FCEV, производимые производителями автомобилей и доступные в дилерских центрах, имеют резервуары на 10 000 фунтов на квадратный дюйм. Розничные диспенсеры, которые в основном расположены рядом с автозаправочными станциями, могут заполнить эти резервуары примерно за 5 минут. В электрических автобусах на топливных элементах в настоящее время используются баки емкостью 5000 фунтов на квадратный дюйм, для заполнения которых требуется 10–15 минут. Другие способы хранения водорода находятся в стадии разработки, включая химическое связывание водорода с таким материалом, как гидрид металла или низкотемпературные сорбирующие материалы.Узнайте больше о хранении водорода.

Данные с розничных заправочных станций водородом, собранные и проанализированные Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии, показывают, что среднее время, затрачиваемое на заправку топливом FCEV, составляет менее 4 минут.

Калифорния является лидером в строительстве водородных заправочных станций для автомобилей FCEV. По состоянию на середину 2021 года 47 розничных водородных станций были открыты для публики в Калифорнии, а также одна на Гавайях, а еще 55 находились на различных стадиях строительства или планирования в Калифорнии.Эти станции обслуживают более 8000 автомобилей FCEV. Калифорния продолжает предоставлять финансирование для строительства водородной инфраструктуры в рамках своей Программы чистого транспорта. Калифорнийская энергетическая комиссия уполномочена выделять до 20 миллионов долларов в год до 2023 года и инвестирует в первые 100 общественных станций для поддержки и поощрения этих транспортных средств с нулевым уровнем выбросов. Кроме того, в северо-восточных штатах планируется построить 14 станций розничной торговли, некоторые из которых уже обслуживают клиентов автопарка.

Производители автомобилей предлагают FCEV только потребителям, живущим в регионах, где есть водородные станции.Неразничные станции в Калифорнии и по всей стране также продолжают обслуживать автопарк FCEV, включая автобусы. Многие распределительные центры используют водород в качестве топлива для погрузочно-разгрузочных машин в своей нормальной работе. Кроме того, было сделано несколько объявлений о производстве большегрузных автомобилей, таких как линейные грузовики, для которых потребуются заправочные станции с гораздо большей мощностью, чем существующие заправочные станции для легких грузовых автомобилей. Найдите заправочные станции водородом в Соединенных Штатах.

Концентрированная солнечная энергия поддерживает производство водородного топлива — pv magazine USA

Bloom Energy производит водородное топливо с использованием технологии CSP от Heliogen.

Райан Кеннеди

CSP-модули Heliogen направляют солнечный свет в приемную колонну для производства тепла и электроэнергии.

Изображение: Heliogen

«Зеленый» водород — это производство водородного топлива с использованием возобновляемых источников энергии. Две компании заявили, что успешно произвели зеленый водород на недавней демонстрации в Калифорнии.

Компания Heliogen поставляла концентрированную солнечную энергию (CSP) для обеспечения работы предприятия, а Bloom Energy использовала свой электролизер для производства водородного топлива.

Компания Heliogen сообщила, что ее технология CSP на базе искусственного интеллекта способна генерировать более длительные периоды времени, чем солнечные фотоэлектрические системы, работая почти круглосуточно без выходных, сохраняя солнечную энергию. По словам Heliogen, это приводит к более компактной конструкции и снижению производственных затрат. Компания заявила, что демонстрация — это шаг к замене ископаемого топлива зеленым водородом в коммерческих и промышленных применениях.Электролизер

Bloom Energy (на переднем плане) и башня CSP Heliogen (на заднем плане).
Изображение: Heliogen

CSP Heliogen создает тепло, пар и электричество из концентрированного солнечного света. Для производства топлива он был соединен с твердооксидным высокотемпературным электролизером Bloom. Компания заявила, что водород может быть получен на 45% эффективнее, чем низкотемпературные PEM и щелочные электролизеры.

На электричество приходится почти 80% стоимости водорода, получаемого при электролизе. Метод CSP снижает потребность в электричестве, используя тепло для поддержки своей работы.

Ожидается, что водород вырастет со 115 миллионов метрических тонн в год до 500-800 миллионов метрических тонн к 2050 году, что составит от 15 до 20 процентов мирового спроса на энергию. Свыше 300 миллиардов долларов было инвестировано в водород вверх и вниз по цепочке создания стоимости, и McKinsey & Company прогнозирует, что около 150 миллиардов долларов этих инвестиций были направлены непосредственно на производство.

Успешное производство экологически чистого водорода — это шаг к декарбонизации промышленных процессов, на которые приходится более одной трети мирового потребления энергии и четверть глобальных выбросов углерода.

Компании заявили, что эта демонстрация является важным шагом к тому, чтобы сделать производство водорода при поддержке CSP конкурентоспособным по стоимости с солнечными фотоэлектрическими батареями.

Этот контент защищен авторским правом и не может быть использован повторно. Если вы хотите сотрудничать с нами и хотели бы повторно использовать часть нашего контента, свяжитесь с нами: [email protected]

Опасно и грязно: 7 мифов о водородной энергии развенчаны

История водорода восходит к 13,7 миллиардам лет, во времена, когда Вселенная была новорожденной и очень горячей.

Водород вышел из этой изначальной печи в гораздо больших количествах, чем любой другой элемент, и даже сегодня он доминирует в космосе. Это главный компонент звезд, в том числе более 90 процентов нашего Солнца, и его тонкий туман рассеивается в космосе. Около 60 процентов атомов в нашем теле состоит из водорода, и, конечно же, это один из двух ключевых ингредиентов воды.

Водород — простейший атом: всего лишь один протон, вращающийся вокруг одного электрона. Он без запаха, бесцветный и очень энергичный.

Водород — отличное топливо. Вы можете обогреть свой дом или приготовить еду, сжигая водород, так же, как многие дома сжигают природный газ. Один килограмм водорода может высвободить достаточно энергии, чтобы проехать 130 км на обычном автомобиле или обеспечить двухдневное отопление для среднего домохозяйства. И, конечно же, когда водород сжигается на воздухе, единственным источником выбросов является вода.

Или вы можете преобразовать его энергию в электричество, в так называемом топливном элементе. По сути, он выполняет те же химические процессы, что и пламя: объединяет водород с кислородом, чтобы получить воду и высвободить энергию; за исключением того, что в топливном элементе энергия переходит в электричество вместо тепла.

Большим преимуществом топливных элементов является то, что они обычно очень эффективны. Около 60 процентов энергии водорода можно преобразовать в электричество для управления автомобилем, по сравнению с только 20 процентами энергии бензина. Таким образом, водородные автомобили могут быть в три раза эффективнее.

Водород призван сыграть решающую роль, помогая нам справиться с климатическим кризисом и отучить мир от выбросов парниковых газов. Согласно исследованиям, в мире с нулевым CO 2 на водород может приходиться до четверти наших общих потребностей в энергии.Тем не менее, несмотря на его центральную роль в нашем безуглеродном будущем, существует ряд мифов о водороде.

Миф № 1: Водород слишком опасен для использования в больших масштабах

Катастрофа дирижабля «Гинденбург» и взрывная сила водородной бомбы (также известной как водородная бомба) мало что сделали для имиджа водорода в общественной безопасности; но это необоснованная репутация.

Катастрофа в Гинденбурге 1937 года, когда дирижабль, поднятый газообразным водородом, загорелся, в результате чего погибло 36 человек, до сих пор считается примером взрывоопасных свойств элемента.

Вопрос о том, была ли подача водорода в дирижабль источником возгорания или нет, остается спорным — есть несколько судебно-медицинских экспертиз живых изображений, на которых видно, как тканевое покрытие дирижабля горит около получаса, пока дирижабль медленно спускается на землю, а не взрыв водорода. Все это несколько не к делу: сегодня никто не говорит о полетах с использованием гигантских мешков с газообразным водородом.

Подробнее о водородной энергетике:

Сегодняшний толчок к развитию водородной энергетики также не связан с взрывом водородной бомбы.

Водородная бомба основана на ядерном синтезе, процессе, который приводит в действие Солнце. Это достигается только при экстремальной температуре и давлении, во много тысяч раз превышающих все, что когда-либо случалось в вашей машине.

Как любая технология, водород не является и никогда не будет полностью безопасным. Водород может воспламениться при концентрации от 4 до 74 процентов, что дает ему самый широкий диапазон воспламеняемости среди любого топлива. Водород также может взорваться и привести к взрыву (когда пламя движется со сверхзвуковой скоростью) в концентрациях от 18 до 59 процентов.И для этого не нужно много искры. При самой легковоспламеняющейся концентрации, равной 28 процентам, крошечной искры с энергией всего 0,02 миллиджоулей достаточно, чтобы зажечь вещество. Его невидимое пламя распространяется очень быстро.

Хорошая новость о водороде в том, что он быстро рассеивается. Если он просачивается в открытый воздух, он поднимается (будучи намного легче воздуха), и его концентрация очень быстро падает ниже взрывоопасного уровня.

В автомобилях с водородным двигателем резервуары, предназначенные для хранения топлива, практически неразрушимы.И даже если бак проткнут, водород почти сразу улетучивается.

Это означает, что при тщательном обращении с водородом не нужно быть более опасным, чем топливо, которое мы используем сегодня.

Миф № 2: Водород — это грязное топливо, которое является частью проблемы, а не решением

Этот миф возник в результате недоразумения. Сторонники этой теории смотрят на то, как традиционно производится водород, а не на зеленые технологии, которые начинают набирать обороты.

Большая часть водорода сегодня производится с использованием процесса, называемого паровым риформингом метана, который объединяет метан и воду с образованием водорода и двуокиси углерода (CO 2 ), мощного парникового газа.Продукт известен как серый водород. Но это меняется.

Вместо использования ископаемого метана в качестве источника водорода мы можем использовать электричество для разложения воды (H 2 O) на водород (H 2 ) и кислород (O 2 ). Если электричество поступает из возобновляемых или низкоуглеродных источников, то это чистый «зеленый водород» с практически нулевыми выбросами углерода.

Подробнее о зеленой энергии:

Зеленый водород становится все более привлекательным вариантом, поскольку стоимость возобновляемых источников энергии резко падает.Десять лет назад возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнечная энергия, были дорогими — около 400 фунтов стерлингов за мегаватт-час. В 2021 году в Саудовской Аравии был выигран солнечный аукцион по цене, эквивалентной примерно 7,30 фунтов стерлингов за мегаватт-час.

В то же время машины (электролизеры), используемые для производства зеленого водорода, станут намного дешевле, поскольку промышленность растет в размерах и разрабатывает более эффективное оборудование или более крупное оборудование с экономией на масштабе. Зеленый водород скоро может стать дешевле серого.

Есть и другие красочные варианты.

Синий водород производится с использованием метана (CH 4 ) аналогично серому водороду, но вместо выброса CO 2 в атмосферу он улавливается и закапывается под землей или, что еще лучше, превращается в новые продукты, такие как как пластик, так и строительные материалы. Голубой водород имеет низкие выбросы CO 2 при условии, что природный газ, используемый для его производства, не имеет утечек при его производстве и транспортировке, и что большая часть CO 2 может быть уловлена.

Далее идет бирюза, в которой используется процесс, называемый пиролизом, для нагрева метана в отсутствие кислорода, в результате чего водород и углерод остаются твердым материалом, который можно использовать для строительства, а также для изготовления шин.

Радуга дополняется розовым водородом, который использует электричество, полученное от ядерной энергии, для разделения воды на водород и кислород с помощью процесса электролиза.

Миф № 3: Водород неэффективен и экономически невыгоден

Конечно, прямое использование возобновляемой электроэнергии более энергоэффективно, чем сначала преобразование ее в водород, а затем его использование для выработки электроэнергии.

Но для многих вещей прямая электрификация невозможна или неосуществима. Тяжелая промышленность, такая как сталеплавильное производство, нуждается в химических ресурсах, а зеленый водород может заменить выделяющий CO2 металлургический уголь или химические вещества на основе ископаемого топлива. Многие отрасли промышленности также нуждаются в высоких температурах, которые обходятся дорого с помощью электрического обогрева. Транспорт на большие расстояния, такой как поезда или судоходство, и зимнее отопление во многих регионах с умеренным климатом, таких как Великобритания, имеют такие огромные потребности в энергии, что нецелесообразно хранить достаточно электроэнергии; но водород легко хранить в резервуарах под давлением или в больших пещерах, вырытых глубоко под землей в каменной соли.

Дирижабль «Гинденбург» загорелся в 1937 году и вызвал опасения по поводу использования водорода в пассажирских транспортных средствах © Getty Images

Использование водорода для хранения или транспортировки энергии в разумной комбинации с возобновляемыми источниками энергии приведет к созданию энергосистемы с наименьшими затратами, особенно с учетом того, что водород также станет намного дешевле.

По мере того, как все больше стран ставят цели по водороду в своих энергетических системах, все больше компаний объявляют о новых проектах на основе водорода, чтобы перейти от ископаемого углеродного топлива, и все больше инвесторов осознают финансовый потенциал водорода, отрасль быстро расширяется, и это приведет к снижению стоимость электролизеров, используемых для получения водорода из воды.

Новые, все более амбициозные цели показывают потенциал водорода. Цена является важным препятствием, поскольку синий водород в 2021 году будет стоить около 5 фунтов стерлингов / кг. Green Hydrogen Catapult, коалиция компаний, стремится к 2026 году более чем вдвое снизить цену на водород до 2 долларов за кг (1,50 фунта стерлингов за кг), а администрация Байдена запустила план «Earthshot» по установлению цен на водород. по цене 1 долл. США за 1 кг (0,75 фунта стерлингов / кг) к 2030 г.

Миф № 4: Для масштабного использования водорода потребуется совершенно новая энергетическая инфраструктура

Это в корне неверно, по крайней мере, в Европе.

Были опасения, что водород может проникнуть в сталь трубопроводов, сделав их хрупкими. Но эксперименты и анализ существующих труб показали, что с более мягкими сортами стали это происходит очень медленно, и, к счастью, большая часть сети магистральных трубопроводов в Европе сделана из такой мягкой стали с очень толстыми стенками, которые могут безопасно удерживать водород. в течение нескольких десятилетий.

Для распределения низкого давления в городских районах большая часть Великобритании и некоторых стран Европы с 2000 года незаметно заменяет железные газовые трубы желтыми полиэтиленовыми трубами, которые сварены встык встык для идеального соединения.

Это началось как проект по устранению всех утечек в системе распределения природного газа, но теперь оказалось, что это идеальная подготовка для передачи водорода на предприятия и дома. И это позволяет сэкономить 20 миллиардов фунтов стерлингов в Великобритании, поскольку не нужно рыть дороги и закапывать новые трубы.

Миф № 5: Транспортировка водорода на огромные расстояния стоит очень дорого

Опять же, это ложь. Водород — отличный энергоноситель. Это означает, что он может помочь нам использовать энергию самых ветреных и солнечных мест в мире — от самых жарких пустынь до самых диких океанов.

Возьмите солнечную ферму в Северной Африке. Лучший способ доставить эту энергию по дну Средиземного моря в Европу, где спрос высок, — это не новая дорогостоящая сеть электрических кабелей, а через существующие трубопроводы природного газа.

Действительно хорошо известно, что транспортировка жидкостей или газов на сотни или несколько тысяч километров может осуществляться по трубам с минимальными потерями газа и затратами энергии для проталкивания газа — менее 1 процента энергии водородного топлива.

Напротив, транспортировка водорода требует специальных дорогих танкеров, большого количества энергии для сжатия и охлаждения водорода до жидкости, а также времени для загрузки и разгрузки резервуаров и энергии для нагрева и повторной газификации водорода. Это работает, но лучше всего подходит для очень больших расстояний.

Подробнее об альтернативных источниках энергии:

Миф № 6: Транспорт можно полностью электрифицировать, зачем нам водород?

Некоторые виды транспорта не могут быть полностью электрифицированы.Авиалайнерам необходимо нести достаточно энергии, чтобы преодолевать тысячи миль, что в обозримом будущем невозможно при использовании батарей. Жидкий зеленый или синий водород или топливо на основе водорода могут быть решением для экологически чистых путешествий по воздуху.

Грузовые суда будут бороться за пересечение больших океанов на батарейках, и снова водород может быть ответом в виде аммиака, который легко хранить в жидком виде и может использоваться непосредственно в качестве топлива в слегка модифицированных дизельных двигателях.

На земле автомобили, работающие на водородных топливных элементах, имеют некоторые преимущества перед электромобилями на аккумуляторных батареях.Заправка водородом происходит очень быстро — за считанные минуты, а не за часы для заряда аккумулятора. Кроме того, он намного легче аккумуляторов, что является важным преимуществом, когда речь идет о запасе хода автомобиля и уменьшении дорожных повреждений. Это делает привлекательной замену сегодняшнего тяжелого дизельного транспорта, такого как грузовики и некоторые поезда, когда Daimler, Volvo и Scania уже рассматривают эту технологию.

Миф № 7: Если водород такой фантастический, мы бы начали использовать его много лет назад

В романе 1874 года Таинственный остров Жюль Верн представил, что вода, разложенная электричеством на примитивные элементы, «однажды будет использована в качестве топлива, что водород и кислород, составляющие ее… станут неисчерпаемым источником тепла. и свет.”

Мы только недавно начали воплощать мечту Верна в реальность, потому что, в отличие от готового к сжиганию ископаемого топлива, чистый водород не доступен бесплатно: вы должны вложить энергию, чтобы освободить его из водянистой тюрьмы.

Изменилось то, что возобновляемая энергия стала дешевой, технология электролизеров стала более зрелой, и мы наконец осознали огромную глобальную опасность выбросов парниковых газов.

О наших специалистах

Марко Алвера — автор книги The Hydrogen Revolution (20 фунтов стерлингов, Hachette) и в настоящее время генеральный директор Snam, одного из ведущих мировых операторов энергетической инфраструктуры.

Он учился на Лондонской фондовой бирже по специальности «экономика» и работал в Enel, крупнейшей в мире компании по возобновляемым источникам энергии, прежде чем перейти в Snam. В настоящее время он является приглашенным научным сотрудником Оксфордского университета.

Точность этой статьи была проверена Стюартом Хаселдином, профессором улавливания и хранения углерода Школы наук о Земле Эдинбургского университета.

Может ли водород спасти топливные проблемы авиалиний? Это еще не все.

Есть вещи, которых нельзя достичь с помощью электроэнергии, например, поднять 787.Но это не значит, что большие самолеты не могут стать экологичными или, по крайней мере, более экологичными. Несколько нефтеперерабатывающих предприятий и авиакомпаний экспериментируют с экологически безопасным авиационным топливом, известным как SAF. Эти виды топлива, которые горят так же, как и обычное топливо «Джет А», могут быть получены из отходов, таких как использованные кулинарные жиры. Некоторые компании, такие как Neste, используют водород для очистки своего топлива SAF.

Хотя организации по авиационной безопасности разрешают коммерческим самолетам использовать топливо, содержащее 50 или менее процентов SAF, на демонстрациях существующие реактивные самолеты сожгли 100 процентов SAF, «и двигатели очень довольны этим», — сказала г-жа Мисс.Сказал Симпсон из Airbus.

Но SAF можно рассматривать как временную остановку, поскольку более крупные самолеты успешно летают, сжигая чистый водород без выбросов. В 1957 году Martin B-57B выполнял часть полета, используя водород в качестве топлива. В 1988 году советский авиалайнер Ту-155 летал только на водородном топливе.

Для сенатора Спарка Мацунаги, демократа с Гавайев, умершего в 1990 году, это была упущенная возможность — столь же значимая, как запуск советского спутника Спутника в космическое пространство Соединенных Штатов. «Мы снова упустили лодку, — сказал он, — и мы можем только надеяться, что следующая администрация будет больше интересоваться водородом, чем эта.

Любое упоминание о водородном самолете означает обращение к дирижаблю в комнате. Хотя водород используется в полете на воздушном шаре с 1783 года, его авиационное будущее омрачилось 6 мая 1937 года, когда дирижабль «Гинденбург» публично сожгли в Лейкхерсте, штат Нью-Джерси, убив 36 человек. До сих пор ведутся споры о том, увековечено ли пламя по радио и в кинохрониках (и обложка альбома Led Zeppelin), были вызваны в основном водородом или зажигательной краской, использованной на обшивке ткани дирижабля. Как бы то ни было, репутации водорода наносят ущерб и сегодня.