logo1

logoT

 

Как добывается водородное топливо


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

Как работает водородный двигатель и какие у него перспективы

Автомобили с водородными двигателями называют главными конкурентами электрокаров. Но у технологии пока что немало минусов, и, например, основатель Tesla Илон Маск называет ее «тупой и бесполезной». Прав он или нет?

С 2018 года в ЕС действует запрет на дизельные автомобили новейшего поколения в населенных пунктах [1]. Это стало поворотным моментом в развитии рынка электрокаров, а также — гибридных и водородных двигателей.

Великобритания еще в 2017-м высказывалась за полный запрет бензиновых авто к 2040 году. Тогда же, если верить исследованию Bloomberg New Energy Finance [2], на электрокары будет приходиться 35% от всех продаж автомобилей. Уже к 2030 году Jaguar и Land Rover планируют довести число электрокаров в своих линейках до 100% [3]. Часть из них тоже работает на водороде.

История развития рынка водородных двигателей

Первый двигатель, работающий на водороде, придумал в 1806 году французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз [4]. Он получал водород при помощи электролиза воды.

Первый патент на водородный двигатель выдали в Великобритании в 1841 году [5]. В 1852 году в Германии построили двигатель внутреннего сгорания (ДВС), который работал на воздушно-водородной смеси. Еще через 11 лет французский изобретатель Этьен Ленуар сконструировал гиппомобиль [6], первые версии которого работали на водороде.

В 1933 году норвежская нефтегазовая и металлургическая компания Norsk Hydro Power переоборудовала [7] один из своих небольших грузовиков для работы на водороде. Химический элемент выделялся за счет риформинга аммиака и поступал в ДВС.

В Ленинграде в период блокады на воздушно-водородной смеси работали около 600 аэростатов. Такое решение предложил военный техник Борис Шепелиц, чтобы решить проблему нехватки бензина. Он же переоборудовал 200 грузовиков ГАЗ-АА для работы на водороде.

Первый транспорт на водороде выпустила в 1959 году американская компания Allis-Chalmers Manufacturing Company — это был трактор [8].

Первым автомобилем на водородных топливных элементах стал Electrovan от General Motors 1966 года. Он был оборудован резервуарами для хранения водорода и мог проехать до 193 км на одном заряде. Однако это был единичный демонстрационный экземпляр, который передвигался только по территории завода.

В 1979-м появился первый автомобиль BMW с водородным двигателем. Толчком к его созданию послужили нефтяные кризисы 1970-х, и по их окончании об идее альтернативных двигателей забыли вплоть до 2000-х годов.

В 2007 году та же BMW выпустила ограниченную серию автомобилей Hydrogen 7, которые могли работать как на бензине, так и на водороде. Но машина была недешевой, при этом 8-килограммового баллона с газом хватало всего на 200-250 км.

Первой серийной моделью автомобиля с водородным двигателем стала Toyota Mirai, выпущенная в 2014 году. Сегодня такие модели есть в линейках многих крупных автопроизводителей: Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford и других.

Toyota Mirai 2016 года выпуска

Как работает водородный двигатель?

На специальных заправках топливный бак заправляют сжатым водородом. Он поступает в топливный элемент, где есть мембрана, которая разделяет собой камеры с анодом и катодом. В первую поступает водород, а во вторую — кислород из воздухозаборника.

Каждый из электродов мембраны покрывают слоем катализатора (чаще всего — платиной), в результате чего водород начинает терять электроны — отрицательно заряженные частицы. В это время через мембрану к катоду проходят протоны — положительно заряженные частицы. Они соединяются с электронами и на выходе образуют водяной пар и электричество.

Схема работы водородного двигателя

По сути, это — тот же электромобиль, только с другим аккумулятором. Емкость водородного аккумулятора в десять раз больше емкости литий-ионного. Баллон с 5 кг водорода заправляется около 3 минут, его хватает до 500 км.

Как работает водородный двигатель внутри Toyota Mirai

Где применяют водородное топливо?

  • В автомобилях с водородными и гибридными двигателями. Такие уже выпускают Toyota, Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford, Nissan, Daimler;
  • В поездах. Первый такой был выпущен в Германии компанией Alstom и ходит по маршруту Букстехуде — Куксхафен;
  • В автобусах: например, в городских низкопольных автобусах марки MAN.
  • В самолетах. Первый беспилотник на водороде выпустила компания Boeing, внутри — водородный двигатель Ford;
  • На водном транспорте. Siemens выпускает подводные лодки на водороде, а в Исландии планируют перевести на водородное топливо все рыболовецкие суда;
  • Во вспомогательном транспорте. Водород используют в электрокарах для гольфа, складских погрузчиках, сервисных автомобилях логистических компаний и аэропортов;
  • В энергетике. Электростанции мощностью от 1 до 5 кВт, работающие на водороде, могут обеспечивать теплом и энергией небольшие города и отдельные здания. Например, после аварии на Фукусиме в 2018 году Япония активнее начала переходить на водородную энергетику [9], планируя перевести на водород 1,4 млн электрогенераторов;
  • В смесях с обычным топливом. Например, с дизельным или газовым — чтобы удешевить производство.

Плюсы водородного двигателя

  • Экологичность при использовании. Водородный транспорт не выбрасывает в атмосферу диоксид углерода;
  • Высокий КПД. У двигателя внутреннего сгорания (ДВС) он составляет около 35%, а у водородного — от 45%. Водородный автомобиль сможет проехать на 1 кг водорода в 2,5-3 раза больше, чем на эквивалентном ему по энергоемкости и объему галлоне (3,8 л) бензина;
  • Бесшумная работа двигателя;
  • Более быстрая заправка — особенно в сравнении с электрокарами;
  • Сокращение зависимости от углеводородов. Водородным двигателям не нужна нефть, запасы которой не бесконечны и к тому же сосредоточены в нескольких странах. Это позволяет нефтяным государствам диктовать цены на рынке, что невыгодно для развитых экономик.

Минусы водородного двигателя

  • Высокая стоимость. Галлон бензина в США стоит около $3,1 [10], а эквивалентный ему 1 кг водорода — $8,6. Водородные батареи содержат платину — один из самых дорогих металлов в мире. Дополнительные меры безопасности также делают двигатель дорогим: в частности, специальные системы хранения и баки из углепластика, чтобы избежать взрыва.
  • Проблемы с инфраструктурой. Для заправки водородом нужны специальные станции, которые стоят дороже, чем обычные.
  • Не самое экологичное производство. До 95% сырья для водородного топлива получают из ископаемых [11]. Кроме того, при создании топлива используют паровой риформинг метана, для которого нужны углеводороды. Так что и здесь возникает зависимость от природных ресурсов.
  • Высокий риск. Для использования в двигателях водород сжимают в 850 раз [12], из-за чего давление газа достигает 700 атмосфер. В сочетании с высокой температурой это повышает риск самовоспламенения.

Водород обладает высокой летучестью, проникает даже в небольшие щели и легко воспламеняется. Если он заполнит собой весь капот и салон автомобиля, малейшая искра вызовет пожар или взрыв. Так, в июне 2019 года утечка водорода привела к взрыву на заправке в Норвегии. Сила ударной волны была сопоставима с землетрясением в радиусе 28 км. После этого случая водородные АЗС в Норвегии запретили

Водород для топлива можно получать разными способами. В зависимости от того, насколько они безвредны, итоговый продукт называют [13] «желтым» или «зеленым». Желтый водород — тот, для которого нужна атомная энергия. Зеленый — тот, для которого используют возобновляемые ресурсы. Именно на этот водород делают ставку международные организации.

Самый безвредный способ — электролиз, то есть, извлечение водорода из воды при помощи электрического тока. Пока что он не такой выгодный, как остальные (например, паровая конверсия метана и природного газа). Но проблему можно решить, если сделать цепочку замкнутой — пускать электричество, которое выделяется в водородных топливных элементах для получения нового водорода.

Водородный транспорт в России

В России в 2014 году появился свой производитель водородных топливных ячеек — AT Energy. Компания специализируется на аккумуляторных системах для дронов, в том числе военных. Именно ее топливные ячейки использовали для беспилотников, которые снимали Олимпиаду-2014 в Сочи.

В 2019 году Россия подписала Парижское соглашение по климату, которое подразумевает постепенный переход стран на экологичные виды топлива.

Чуть позже «Газпром» и «Росатом» подготовили совместную программу развития водородной технологии на десять лет.

Главный фактор, который может обеспечить России преимущество на рынке водорода — это богатые запасы пресной воды [14] за счет внутренних водоемов, тающих ледников Арктики и снегов Сибири. Вблизи последних уже есть добывающая инфраструктура от «Роснефти», «Газпрома» и «Новатэка».

В конце 2020 года власти Санкт-Петербурга анонсировали [15] запуск каршеринга на водородном топливе совместно с Hyundai. В случае успеха проект расширят и на другие крупные города России.

Перспективы технологии

Вокруг водородных двигателей немало противоречивых заявлений. Одни безоговорочно верят в их будущее — например, Арнольд Шварценеггер еще в 2004 году, будучи губернатором Калифорнии, обещал [16], что к 2010 году весь его штат будет покрыт «водородными шоссе». Но этого так и не произошло. В этом отчасти виноват глобальный экономический кризис: автопроизводителям пришлось выживать в тяжелейших финансовых условиях, а подобные технологии требуют больших и долгосрочных вложений.

Другие, напротив, критикуют технологию за ее очевидные недостатки. Так, основатель Tesla Илон Маск назвал водородные двигатели «ошеломляюще тупой технологией» [17], которая по эффективности заметно уступает электрическим аккумуляторам. Отчасти он прав: сегодня водородным автомобилям приходится конкурировать с электрокарами, гибридами, транспортом на сжатом воздухе и жидком азоте. И пока что до лидерства им очень далеко.

С одной стороны, в Европе Toyota Mirai II стоит несколько дешевле, чем Tesla Model S (€64 тыс. против €77 тыс.) [18]. Полная зарядка водородного автомобиля занимает около 3 минут — против 30-75 минут для электрокара. Однако вся разница — в обслуживании: Toyota Mirai вмещает 5 кг водородного топлива [19] по цене $8-9 за кг. Таким образом, полный бак обойдется в $45, и его хватит на 500 км — получаем около $9 за 100 км пробега. Для Tesla Model S те же 100 км обойдутся всего в $3.

Но у водородного топлива есть существенное преимущество перед электрическими аккумуляторами — долговечность. Если аккумулятора в электрокаре хватает на три-пять лет, то водородной топливной ячейки — уже на восемь-десять лет. При этом водородные аккумуляторы лучше приспособлены для сурового климата: не теряют заряд на морозе, как это происходит с электрокарами.

Есть еще одна перспективная сфера применения водородного топлива — стационарное резервное питание: ячейки с водородом могут снабжать энергией сотовые вышки и другие небольшие сооружения. Их можно приспособить даже для энергоснабжения небольших автономных пунктов вроде полярных станций. В этом случае можно раз в год наполнять газгольдер, экономя на обслуживании и транспорте.

Основной упрек критиков — дороговизна водородного топлива и логистики. Однако Международное энергетическое агентство прогнозирует, что цена водорода к 2030 году упадет минимум на 30% [20]. Это сделает водородное топливо сопоставимым по цене с другими видами [21].

Если вспомнить, как развивался рынок электрокаров, то его росту способствовали три главных фактора:

  1. Лобби со стороны развитых государств: в США [22], ЕС [23], Японии [24], России [25] и других странах приняты законы в поддержку экологичного транспорта.
  2. Удешевление аккумуляторов: согласно исследованию Bloomberg New Energy Finance, за последние десять лет цены на литий-ионные аккумуляторы упали с $1200 до $137 за кВт·ч.
  3. Развитие инфраструктуры: специальные электрозарядные станции и зарядки в крупных бизнес-центрах, на парковках ТЦ и аэропортов.

Водородные двигатели ждет примерно тот же сценарий. В Toyota видят главные перспективы [26] для водородных двигателей в компактных автомобилях, а также в среднем и премиум-классе. Пока что производство не вышло на тот уровень, чтобы бюджетные модели работали на водороде и оставались рентабельными. Современные водородные машины стоят вдвое дороже обычных [27] и на 20% больше, чем гибридные.

Согласно прогнозу Markets&Markets [28], к 2022 году объем мирового производства водорода вырастет со $115 до $154 млрд. Остается главный вопрос: как быть с инфраструктурой? Чтобы водородные двигатели стали массовыми, нужны сети заправок, трубопроводы для топлива, отлаженные логистические цепочки. Все это пока только зарождается. Но и тут есть позитивные сдвиги: например, канадская Ballard Power по заказу китайского Министерства транспорта запустила пилотный проект, в рамках которого водородное топливо можно будет заливать в обычные АЗС.

Грузовой автотранспорт на водородном топливе

Декарбонизация грузового транспорта (Часть 2)

Владимир Чехута, Юрий Петров
Фото фирм-производителей

Перевод автотранспорта с углеводородов на другие виды топлива заставляет думать, что есть какая-то глобальная идея, которой человечество уже сейчас должно себя подчинить. Именно так в окно обывателя стучится неизведанное будущее. Отсюда возникает недоверие ко всему новому, а вакуум незнания заполняет мгла невежества. Сначала мерещатся тайные кукловоды, но затем приходит черёд любопытства: что и кто стоит за внедрением водорода?

Контрасты цивилизации

Дрова – самое первое топливо в жизни цивилизации, осталось на задворках современной жизни. Но после появления ДВС начали затухать и угольные колосники паровозов. Прометеев огонь в топках паровозов и пароходов в 1960-х массово угас не потому, что на планете закончился антрацит и дрова. В линейной эксплуатации ради сжигания 10 тонн угля локомотиву нужно возить цистерну воды и пополнять её каждые 100 км. Гужевой транспорт из того же числа – попасть ногой в помёт было обыденным случаем горожанина XV–XIX века, что мы найдём в строчках у Поля Скарона и Пушкина. А теперь детей в парках катают на отутюженных пони.

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) тоже уйдут в историю. Увы! Гигиена общества в больших городах заставляет отказаться от всего некомфортного. Но случаются и казусы: в Китае на государственных карьерах работают паровозы, а рядом частные компании из шахт руду таскают уже на карьерных электросамосвалах BYD V60 (см. «Китай готов к кризису»).

До 2050 года мы вряд ли простимся с ДВС. Но поколение, родившееся в 1980-х в СССР, США, ФРГ и Японии, станет первым, которое на закате своей жизни застанет год, месяц и тот день, когда рычащий автомобиль с ДВС можно будет увидеть только на ретро-шоу или ностальгическом авторалли.

Продажа прогресса оптом

Норвежская оптово-торговая компания ASKO в числе первых начала опытную эксплуатацию 4 электрогрузовиков Scania G350, оснащённых водородными топливными элементами. В феврале к ним добавились ещё 2 машины, а общий парк до 2023 года составит 75 грузовиков.

Для их обслуживания при помощи независимой исследовательской компании SINTEF и Норвежского университета естественных и технических наук (NTNU) построена собственная водородная заправочная станция возле Тронхейма.

Водородные топливные элементы производства Canadian Hydrogenics генерируют непрерывную мощность 245 кВт (пиковая мощность достигает 290 кВт). Максимальный крутящий момент, развиваемый электромотором, составляет 2200 Н·м. Крутящий момент к ведущим осям предаётся через 2-ступенчатую КП. Водород в количестве 33 кг хранится в герметичном резервуаре под давлением 350 бар (345,4 атм), а электричество преобразуется в 90 кВт топливных элементах PEFC. Для запаса энергии используется литий-ионная аккумуляторная батарея общей ёмкостью 56 кВт·ч, оборудованная встроенным зарядным устройством мощностью 22 кВт, запитываемым от комбинированного поста CCS (Combined Charging System). При полном баке водорода его дальность составляет до 500 км.

Полная масса автомобиля составляет 27 (26+1) тонн. «+1» ему выдали по специальному разрешению, поскольку этот «защитник экологии и тишины» имеет избыточную массу электротрансмиссии, и для выравнивая грузоподъёмности со стандартным 26-тонным грузовиком, ему накинули эту дополнительную тонну. Интерес к теме настолько высок, что к ней начали подключаться и специализированные производители электромобилей.

Quantron AG из Аугсбурга, специализирующаяся на переоборудовании автомобилей на электропривод, в середине 2022 года наметила выпуск грузовиков, работающих на водородном топливе. Тяжёлый магистральный тягач Energon Hydrogen рассчитан на вождение 44-тонных автопоездов и в основе имеет капотный IVECO Strator. Заявленные характеристики позволяют обеспечить ему дальность хода около 700 км. Используемый водородный топливный элемент мощностью 130 кВт, поддерживаемый LFP-аккумулятором 110 кВт·ч, питает двигатель мощностью 340 кВт, который приводит задний мост через 2-ступенчатую КП. В дальнейшем Quantron AG намерена полностью освоить рынок тяжёлой техники и представить оригинальный грузовик, который пока представлен лишь на компьютерных рендерах (см. постер). Компания уже принимает предварительные заказы с ценовым преимуществом в 10 тыс. евро. Сейчас Quantron является авторизованным дистрибьютором и сервисным партнёром крупнейшего в мире производителя литий-ионных аккумуляторов и авторизован в качестве дилера CATL в Европе.

Большой бизнес

В Северной Америке у сырьевого лобби слишком высокая инерция, что не позволяет мигом перестроиться даже части экономики США и Канады. Но тренд нарастает и переход к 2027–2033 годам на полностью альтернативные виды топлива в Новом и Старом свете, стартовавший 5 лет назад, уже набирает обороты.

24 июня Калифорнийский совет по воздушным ресурсам утвердил самый жёсткий мандат страны в отношении использования чистого воздуха для грузовых автомобилей. По сути, совет распорядился, чтобы автопроизводители начали продавать автомобили с нулевым уровнем выбросов в 2024 году. К этому году электрический парк должен составить 4000 грузовиков. К 2030 году в Калифорнии планируется продать 100 000 машин, а к 2035 году – 300 000.

После дождя законодательных инициатив, грядки стартапов, даже в США не выглядят одинокими цветниками.

В компании Nikola Motors удалось планово пришить продажи машин к развитию заправок. Сейчас уже намерены построить новых 37 водородных заправок в Калифорнии, увеличив их число до 100. В Аризоне 3 марта объявила даже о создании акционерного общества и слиянии с компанией VectoIQ, состоящей из ветеранов Mitsubishi Motors и GM под патронажем бывшего вице-председателя Стива Гирски. Она совладеет космической компанией Virgin Galactic. Неудивительно что с 6 по 13 мая после открытия торгов на нью-йоркской фондовой бирже акции VectoIQ скакнули на 134,5%.

Ожидается, что во II квартале Nikola Motors уже будет внесена в список на бирже NASDAQ под названием NKLA. Тогда Nikola Motors может распоряжаться новыми инвестициями в размере $525 млн к имеющимся $525 млн, которые он собрал за три раунда финансирования (включая СП в Европе) на развитие выпуска водородных грузовиков. При этом инвестиции затронут всю линейку тягачей (на заставке) для определения наиболее привлекательных. Рыночная капитализация Nikola Motors составляет около $12 млрд, из которых 3,7 млрд приходится на долю основателя Тревора Милтона.

Интересно, что его главный конкурент – генеральный директор компании Tesla Inc. Элон Маск в одном интервью отвергал водородную технологию и даже назвал их «дурацкими ячейками». Его можно понять: он безальтернативно вложился в электромобили с батарейным питанием и тащит на себе космическую программу. А Nikola Motors является пока одной из немногих компаний, которые нацелились на использование больших водородных установок.

Трудный опыт первопроходцев

Первый водородный тягач TTSI был протестирован в рамках совместного партнёрства с компанией Vision Motor Industry. «Этот грузовик был настоящим зверем», – поражался Тони Уильямсон, директор по техническому обслуживанию в TTSI. Он особо подчеркнул, что автомобиль работал в составе автопоезда и использовался для перевозки контейнеров: «У этого тяжеловоза 4455 Н·м (!) крутящего момента. Однажды я поговорил с водителем, который таскал на нём контейнеры, и он сказал, что ему приходится постоянно оглядываться назад, чтобы убедиться, что контейнер всё ещё в пути – вот сколько мощности в этом грузовике».

Прямо сейчас TTSI эксплуатирует 3 седельных тягача Kenworth Т680 с разными начинками. Первый, с ячейками Toyota, оборудован двумя синхронными электродвигателями с общей пиковой мощностью 565 л.с. Этот автомобиль находится в эксплуатации уже 2 года. Второй грузовик (работает 1 год) и оснащён топливными элементами TransPower. И третий грузовик укомплектован Н2-элементами U.S. Hybrid II поколения. Он работает уже 15 месяцев. В ближайшие месяцы руководство TTSI планирует приобрести ещё 7 водородных тягачей.

Работа по 6 дней в неделю, из которых 4 дня проходят в 2 смены, что даёт в среднем 20 рабочих часов в день. Пятничные и субботние смены длятся по 10 часов. Также Уильямсон отметил, что их автомобили перевозят грузы с массой от 16 344 до 18 614 кг (это определяется инструментальным взвешиванием). Поскольку некоторые участки дорог возле калифорнийских портов проходят через холмы, то автопоезда должны преодолевать подъёмы с уклоном до 6%, делая это на скорости от 50 до 65 км/ч. То есть подвижной состав компании работает в напряжённом режиме и однозначно должен быть надёжным.

TTSI на собственном опыте убедилась в плюсах и минусах водородной технологии. Осталось решить вопрос заправки грузовиков. У компании есть собственная водородная АЗС, кроме этого у TTSI челночный транспортный бизнес с небольшими плечами.

Водородные плюсы и минусы

Положительные стороны водорода включают нулевые выбросы вредных ОГ, отсутствие шумового загрязнения. Есть налоговые льготы и государственные субсидии. Водород даёт большой запас мощности и запредельный крутящий момент и более высокий комфорт работы водителя. Водители, работающие на водородных машинах, часто говорят, что от них теперь не пахнет соляркой и отмечают минимальные вибрации в водородных тягачах и акустический комфорт.

Килограмм водорода при комнатных условиях занимает порядка 11,2 м3 объёма. При сжатии до 200 атмосфер в 1 кубометр можно загнать 17,8 кг H2, а в автомобилях уже используют сосуды на 60 литров давлением 700 атм, вмещающих до 50 кг. Но использование водорода географически пока слишком локально – в размерах округа, района, области или штата, а потому счёт идёт о пробегах в 200–500 км. Больше пока не нужно.

По оптимистичному исследованию агентства Bloomberg, проведённому в 2017 году, к 2040 году автомобильный транспорт ежедневно будет потреблять 1900 ТВт·ч (терраватт-час) электроэнергии, что станет эквивалентно затратам в 13 млн баррелей нефти. Сравните цифры: сейчас в мире ежедневно добывается 80 млн баррелей нефти и около 70% добычи (56 млн т) уходит только на транспорт. Сюда входят не только АЗС, привод рефрижераторов, но и керосин для авиатранспорта, мазут для судов и даже ТЭЦ, использующиеся для запитывания линий электротранспорта (ж-д, метро, трамваи, троллейбусы, электробусы, складской и горный транспорт).

Но дальше сложнее. Объёмная энергетическая плотность водорода не превышает 4,7 ГДж/м3 (при 70 МПа). Это в 7 раз меньше показателя бензина, (34,5 ГДж/м3) и в 20 раз меньше (142 МДж/кг), чем показал водородно-бензиновый гибрид BMW Hydrogen 7 с кузовом E65. К тому же у таких ДВС крайне низкий ресурс и высок риск детонации.

Стоит накинуть сюда цену. Стоимость водорода сейчас колеблется от 10 до 16 долларов за 1 кг. Пробег на 1 кг топлива у 40-тонного водородного грузовика сейчас не превышает 10 км. Магистральный дизельный тягач тратит на каждую тонну 1 л на 100 км пробега. При цене на солярку в США в 64 цента за 1 литр, содержание водородного тягача – это просто грабёж!

Расходы на ТО водородных электрогрузовиков учитывать пока затруднительно. Ведь речь идёт о новейших автомобильных технологиях и относительно новых транспортных средствах. Грузовики с водородными элементами, имеют бόльшую снаряжённую массу, чем их аналоги. Так вес седельного тягача составляет от 9988 до 10 900 кг. Обычный дизельный весит от 7037 до 7265 кг, а с СПГ – не больше 7718 кг. В итоге даже при всех вычетах налогов и полученных субсидиях у калифорнийской компании TTSI по итогам 2019 года вышло 20-кратное увеличение расходов на заправку. И это при том, что часть расходов на себя берут производители оборудования в рамках НИОКР.

Минусов пока больше. Все они упираются в бухгалтерию. Стоимость покупки грузовиков на водородных топливных элементах в 1,6 раза выше, чем их традиционных аналогов (200 тыс. долларов против 125 тыс. за дизельный тягач). Высокотехнологичные компоненты: аккумуляторы, инверторы, топливные элементы и т.д. увеличивают страховые ставки.

Владелец водородного грузовика в таком случае будет вынужден искать только высокомаржинальные грузы или контейнеры с высокими ставками фрахта. И кого-то в портах или терминальных складах нужно ещё заинтересовать обеспечением этих подрядов, чтобы бизнес не вылетел в трубу. Иначе машину не окупить.

В итоге получается, что массовый переход на водород возможен только при массовом производстве водорода и комплектующих. И об этом тоже следует рассказать.

Бизнес-проект дизельного гиганта

За последние пару лет мировой лидер дизельного двигателестроения – корпорация Cummins сформировала новый бизнес-проект на перспективу. Изначально он был ориентирован на электромобили с батарейным питанием (BEV), однако недавно, в течение двух лет, Cummins приобрела 4 компании, связанные с технологией водородных топливных элементов: Brammo, Johnson Matthey Battery Systems, Efficient Drivetrains Inc. и Hydrogenics. На данный момент Cummins предоставила более 20 силовых модулей на топливных элементах

«Естественно, мы хотим сделать эту технологию жизнеспособной и прибыльной, и некоторые из новых правительственных стимулов помогут при создании Н2-инфраструктуры, снижении стоимости водорода и других вещах, которые очень важны для внедрения нового альтернативного топлива», – отметил Джефф Сегер, исполнительный директор отдела новых приобретений корпорации Cummins.

Среди свежих разработок топливные элементы для мусоровозов и уборочных машин FAUN на шасси Mercedes-Benz Econic. Каждый из грузовиков содержит три топливных элемента мощностью до 30 кВт на элемент. Каждый грузовик имеет до 6 сосудов с водородом, вместимостью по 4 кг водорода на каждый резервуар.

Руководство североамериканского совета по эффективности грузовых автомобильных перевозок (North American Council for Freight Efficiency’s – NACFE) подтверждают правильность революционных решений: «Сегодня список альтернативных видов топлива и связанных с ними новых силовых агрегатов растёт. Эти технологии начинают выходить на уровень мелкосерийного производства. Ещё недавно лидерами альтернативного направления были силовые агрегаты, работающие на газомоторном топливе, но в данный момент основная часть инвестиций идёт в водородные и аккумуляторные электромобили».

В NACFE полагают, что сейчас не существует единственного верного технического решения, которое в итоге заменит ДВС. Вместо этого специализация и региональные факторы подталкивают рынок к «многотопливному будущему», где многие из развиваемых технологий будут вместе сосуществовать.

Японский водород

Крупнейший изготовитель коммерческих автомобилей в Японии – компания Hino Motors Co., Ltd, входящая в корпорацию Toyota Motor Corporation, недавно продемонстрировала водородную версию флагманской модели Profia, которая может использоваться для городской логистики. Фактически модель является продолжением политики расширения новой среды, реализованной в водоробусе Toyota SORA Fuel Cell Bus 4K 2 HD.

Электрогрузовик представляет собой 25-тонное шасси Hino Profia FR1AWHG, который оснастили синхронным электродвигателем переменного тока мощностью 320 кВт и двумя модулями водородных топливных элементов Toyota FC stack с полимерным электролитом. Они хорошо обкатаны на Toyota Mirai и электробусах Hino. Также в грузовике будет установлен новейший водородный бак большой ёмкости, в котором топливо хранится под высоким давлением в 70 МПа. Этого объёма топлива достаточно для покрытия приблизительно 600 км пути. Литий-ионный аккумулятор накапливает рекуперированную энергию при торможении и используется для разогрева блока водородных элементов перед запуском.

В машине установлен контроль непроизвольного выхода из занимаемой полосы движения, система PCS, упреждающей столкновение с остановившимися транспортными средствами, системой Driver Monitor, оценивающей состояние водителя и позволяющей предотвратить засыпание за рулем. Снаряжённая масса грузовика составляет 13 200 кг. Габаритные размеры Hino Profia вполне соотносятся с «одноклассниками» – 11 990 х 2490 х 3780 м.

Пока рано судить о перспективах водородного Hino в Европе, поскольку японцы уже подписали соглашение о сотрудничестве с Volkswagen Group, а этом автогигант не захочет иметь конкурента для своих Scania и MAN. Тем более, что Scania тоже готовит к продвижению на рынок свою водородную модель. Но обмен Н2-технологиями между концернами Toyota и Volkswagen представляется вполне реальным.

В то же время корейский концерн Hyundai не прекращает поиски партнёров для реализации своих грузовиков h3 XCient Fuel Cell в Европе. С 2021 года французская Faurecia начнёт поставки систем хранения водорода (включая 10 000 водородных сосудов для грузовиков). В течение 4 лет ими будут оборудованы около 1600 тяжёлых грузовиков производства швейцарской Hyundai Hydrogen Mobility – совместного предприятия Hyundai и h3 Energy. Планы пока захватывают дух: к 2030 году около 2 миллионов новых транспортных средств, включая 350 000 коммерческих автомобилей, будут оснащены технологией топливных элементов.

И тут возникает вопрос. Что же произойдёт с электрическими грузовиками?

ВЗГЛЯД / Водородные планы Украины зависят от российского газа :: Экономика

Украина всерьез решила заняться производством нового топлива. Президент страны требует проработать вопрос создания трубопровода для экспорта водорода в Европу, а «Нафтогаз» подписал с немецким трейдером меморандум о развитии водородных проектов. Киев пытается найти замену доходам от транзита российского газа по ее территории. Получится ли у него это?

Украинскому правительству надо проработать вопрос создания трубопровода для экспорта водорода из Украины в ЕС и привлечения инвестиций для реализации этого проекта. Такое решение дал Совет национальной безопасности и обороны Украины на основе указа президента страны. До конца года правительство также должно принять водородную стратегию Украины.

На прошлой неделе украинский «Нафтогаз» и германский газовый трейдер RWE подписали меморандум о развитии водородных проектов. Они касаются получения на Украине энергии «зеленого» водорода на основе возобновляемых источников, его хранения на территории страны и экспорта в Германию, рассказал председатель правления «Нафтогаза» Юрий Витренко. По его словам, стороны прямо сейчас начинают работать над пилотным проектом. Речь идет о производстве аммиака, который и будет транспортироваться в Германию, пояснил он.

Витренко рассказал о трех способах доставки водорода в Германию. Транспортировать водород как смесь с природным газом через существующую сеть газопроводов, либо отдельными газопроводами, или, наконец, морским путем. «Самый быстрый вариант – это транспортировать «зеленый» водород судами, которые уже используют для транспортировки аммиака, – так называемые газовозы», – пояснил Витренко.

Украинские компании, в числе которых «Энергоатом» и «Оператор ГТС Украины», поспешили вступить в Европейский альянс чистого водорода, который Еврокомиссия учредила буквально в июле. Туда вошли многие национальные энергетические и транснациональные компании, в частности E.On, BMW Group, General Electric, Areva h3Gen, Airbus, Alstom, BASF, Bosch Group, а также научно-исследовательские учреждения и Европейский инвестиционный банк.

В последнее время заявление о водородных амбициях делают многие. Еврокомиссия даже опубликовала свою водородную стратегию для достижения цели сделать из Европы климатически нейтральную территорию. Инвестиционный потенциал рынка водорода в ЕС оценивается в 470 млрд евро до 2050 года. Следом свою водородную стратегию подготовила и Россия. Российский Газпром и «Росатом» строят планы по производству чистого водорода чуть ли не с 2024 года.

Украина подобными заявлениями тоже пытается влиться в модный тренд, считает ведущий эксперт Фонда национальной энергетической безопасности (ФНЭБ) и Финансового университета при правительстве РФ Станислав Митрахович. Однако не стоит забывать, что водородное топливо – это топливо будущего, а не настоящего. Его сейчас, конечно, производят, в том числе и в России, но используют для внутреннего потребления, в частности нужд нефтехимии. Но никто еще не пытался транспортировать это довольно летучее и опасное топливо.

По словам Митраховича, идут дискуссии даже о том, сможет ли новый современный газопровод «Северный поток – 2» в будущем транспортировать водород, что уж говорить о морально и технически устаревшей газотранспортной системе Украины, которая была построена в советские годы и которую никто никогда серьезно не модернизировал.

К транспортировке водорода или метанводородной смеси предъявляются принципиально разные требования к качеству металла – как для линейной части, так и для оборудования компрессорных станций и газоперекачивающих агрегатов. Эти дорогостоящие части системы придется модернизировать, и, по сути, потребуется создавать новую газотранспортную систему.

Чтобы модернизировать действующую украинскую газовую трубу под экспорт водорода, потребуются колоссальные инвестиции, которых на Украине не было и нет, указывает Митрахович. Германия вряд ли захочет оплачивать создание новой промышленной отрасли на Украине, когда такое нужно самим.

Даже если предположить, что на Украину свалятся деньги на модернизацию трубы, то непонятно, где она возьмет сам водород для экспорта.

Европа делает ставку на «зеленый» водород, выработанный методом электролиза с помощью возобновляемых источников энергии – ветряных, солнечных и малых водных электростанций (большие ГЭС в эту категорию не входят). Однако на Украине нет достаточных объемов энергии, вырабатываемых ВИЭ. Чтобы дойти до производства водорода, необходимо вложить в ветряки и солнечные панели огромные инвестиции, которых внутри страны нет и их надо искать за рубежом. По данным на конец 2020 года, доля ВИЭ в общей структуре энергетики Украины составляет всего 8%. Больше половины энергии по-прежнему производят АЭС, а около трети – ТЭС.

Отсюда возникает потенциальная возможность производить на Украине «желтый» водород, выработанный из энергии АЭС. Для начала надо еще будет убедить ЕС покупать «желтый» водород, говорит Митрахович. Ведь большинство европейских стран принципиально отказываются от атомной энергетики – закрывают действующие и отказываются строить новые реакторы.

Более того, к моменту, когда водородная тема превратится в реальность, атомная энергетика Украины может легко сойти на нет. Ее атомные станции, построенные еще при СССР, доживают последние годы, а новые блоки никто и не думает строить. Сроки службы большинства реакторов в стране истекли в прошлом 2020 году, у некоторых – еще раньше. Их удалось продлить, но у одних реакторов – лишь на 10 лет, у других – на 20 лет. Дальше продлевать их работу не факт, что получится. Риски могут быть слишком высокими.

Третий вариант – Украина могла бы производить голубой или бирюзовый водород и экспортировать его в Европу по своей модернизированной газовой трубе. Проблема в том, что своего газа Украине не хватает даже для удовлетворения собственных нужд,

ей приходится импортировать голубое топливо по высоким европейским ценам и поднимать тарифы собственному населению. В среднем Украина добывает около 20 млрд кубометров газа в год, и с 2017 года добыча постоянно падает, но приходится импортировать еще около 10 млрд кубометров газа. А голубой или бирюзовый водород так или иначе производится из газа. Поэтому здесь придется договариваться не только с Европой о том, чтобы она захотела купить такой водород у Украины, но еще и с Россией о том, чтобы купить у нее сырье для производства водорода.

Эта схема еще более запутанная и малореализуемая. Пока Россия строит планы самостоятельно производить водород из энергии АЭС и ГЭС, а также из газа и транспортировать его по собственной газотранспортной системе в Европу. Хотя и здесь вопрос до конца еще не решен, так как до конца остается неясным, насколько оправданной окажется модернизация газопроводов под прокачку водорода. Возможно, в итоге Россия с Европой договорятся о транспортировке по существующим трубам все того же природного газа из России, а производство водорода будет осуществляться уже внутри ЕС.

«Украина раскручивает эту тему только потому, что она модная, но практических решений для ее реализации на ближайшем горизонте я не вижу. Возможно, им удастся договориться с ЕС о каком-нибудь эксперименте на территории Украины, в который от нечего делать Германия вложится. Либо расчет Киева на то, что к власти в Германии придут «зеленые». Потому что один из лидеров «зеленых» приезжал на Украину и пообещал им дать оружие и т. д. Но это какая-то пагубная самонадеянность, и очень много «если», – говорит Станислав Митрахович.

На его взгляд, Украина парит в облаках, вместо того чтобы твердо встать на ноги. «Практичным вариантом для страны было бы решение потратить деньги на модернизацию своей газотранспортной системы, чтобы получить возможность дать более низкий тариф прокачки газа, чем дает Польша. Столь привлекательным коммерческим предложением Киев смог бы перетянуть Газпром на свой маршрут», – резюмирует собеседник. Тем самым Украина обеспечила бы себе сохранение дохода от транзита газа даже при работе «Северного потока – 2» и «Турецкого потока» после 2024 года, когда заканчивается действующий контракт с Газпромом.

Блог

Водородная тематика очень стремительно вошла в энергетическую повестку. Ещё полгода-год назад популярными были образовательные тексты о так называемых разных цветах водорода (водород, конечно один и тот же, только получаемый разными способами), а сейчас эта классификация у всех на слуху. Прошедшим летом Евросоюз принял свою стратегию развития водородной энергетики. И на удивление быстро интерес к сектору проявился и в нашей стране, где традиционно наблюдается умеренный интерес к возобновляемым источникам энергии и прочим аспектам альтернативной энергетики. Правительство страны уже утвердило план мероприятий по развитию водородной энергетики, подробностей в нем немного, но уже в первом квартале следующего года заинтересованные министерства и ведомства могут представить полноценную концепцию развития сектора.

Это стремительное развитие (пока на бумаге) в результате пока оставляет массу вопросов. Причём как в международной повестке, так и применительно к российским инициативам. Ещё раз отметим очевидное: водород нигде не добывается в качестве полезного ископаемого, поэтому он в любом случае является лишь производным от других источников энергии. Можно обсуждать, какую долю водород займёт в энергетике будущего, но эти оценки — отчасти формальность, так как в баланс источников первичной энергии водород не попадает, ведь он сам из них производится.

В самом широком смысле, «наполеоновские» планы по развитию водородной энергетики - это ответ на осознание ограниченных возможностей прочих систем накопления энергии, и в первую очередь, аккумуляторных батарей для балансировки непостоянной энергии возобновляемых источников. Аккумуляторам не хватает и масштабов, с ними практически невозможно осуществлять сезонное накопление. Кроме того, так как в планах у многих стран — полная декарбонизация, рассматривается использование водорода и в промышленных процессах, в частности как замена углю в металлургии.

Да, «зелёный» водород (получаемый электролизом воды из ВИЭ) оказывается пока дорог, а в процессе двойной конвертации (электроэнергия ВИЭ — водород — генерируемая из него электроэнергия) теряется свыше половины и без того недешевой электроэнергии, вырабатываемой ветряками или солнечными панелями. Но страны и регионы, где доля возобновляемых источников высока, уже сейчас в определенные периоды, из-за различий в профилях потребления и выработки, сталкиваются с проблемами «лишней» электроэнергии, вырабатываемой ВИЭ. По мере увеличения доли, проблема будет только нарастать, а значит — вопросы аккумуляции нужно будет решать.

Интерес к водородной энергетике можно ожидать и в КНР. Помимо указанных выше аспектов, на фоне растущей зависимости от импорта нефти Китай очевидно заинтересован в развитии всех возможных альтернатив в транспортном секторе, и здесь водородная энергетика тоже сыграет свою роль.

На этом фоне, наша страна активно включилась в водородную повестку. Причины понятны: чтобы не оказаться в положение догоняющих, которое мы уже видели в самых идеологически различных секторах энергетики (к примеру, здесь и СПГ, и ВИЭ), промедление опасно. Видимо, именно такой подход был выбран руководством страны.

Но здесь возникает главный вопрос — какую роль видит для себя Россия на водородном рынке?

Понятно, внутренний рынок — это очень ограниченный сегмент. Да, некоторые виды транспорта на водороде — решение экологичное. И, к примеру, в планах у РЖД — электрички на водороде, планируется разработка водородного локомотива. Но сектор, который рассматривается как один из основных в Европе, накопление непостоянной энергии ВИЭ, у нас, с минимальной долей «зелени» в энергобалансе, ещё очень нескоро будет востребован.

Конечно, будет создан рынок самого различного оборудования, те же турбины под водородное топливо (или смеси с газом), и сами электролизеры. Россия, вероятно, попытается занять свою нишу и в этом секторе. 

Пока конкретики здесь немного, но окажется неудивительным, если одним из участников рынка станет «Росатом». Корпорация имеет огромные компетенции в области машиностроения, но при этом строительство АЭС (если мы говорим о зарубежных заказах) развивается не так активно, как планировалось еще несколько лет назад. В этих условиях оправдан выход на новые рынки, не случайно «Росатом» является одним из трех ключевых участников российского рынка ветроэнергетики. Кстати, и здесь при определённых условиях возможны синергии с водородной энергетикой.

Есть в нашей стране заделы и в области топливных элементов, которые преобразуют водород в электроэнергию.

Но все же основным направлением пока рассматриваются экспортные поставки самого водорода. И здесь вопросов пока намного больше, чем ответов.

Рынка «нового» водорода по большому счету в мире нет, даже подавляющая часть тех 70 миллионов тонн в год водорода, что сейчас производится в мире (а даже это — совсем немного по сравнению с общим потреблением ресурсов) — это водород получаемый на НПЗ, и с помощью паровой конверсии метана (это так называемый «серый водород»). При его получении выделяется углекислый газ, а там как сама конверсия сопровождается выделением энергии, с точки зрения климатической повестки, сжигание такого водорода даже более вредно, чем сжигание непосредственно метана. Доля «прогрессивных» видов (по способу получения) водорода пока исчезающе мала. Как и для любых других секторов энергетики, в водородной истории развитие не будет быстрым.

В нашей стране рассматривается экспорт различных типов (опять же, по методу получения) водорода. Это может быть и «голубой» водород (та же конверсия метана, но с улавливанием и последующим хранением CO2). Это может быть и «жёлтый водород» (тот же электролиз, но с использованием электроэнергии АЭС). Наконец, это так называемый «бирюзовый» водород, получаемый разложением метана на водород и углерод (сажу), углекислый газ при этом не выделяется. Последняя технология находится пока на стадии разработки, но при этом выглядит обещающей больше двух других. Ведь улавливание углекислого газа (необходимо в случае «голубого» водорода) — тема, которая обсуждается в мире уже ни одно десятилетие, но всё ограничивается несколькими пилотными проектами. 

А для производства «желтого» водорода нужна электроэнергия АЭС, а она (если мы говорим о новых станциях, а не амортизированных) уже сейчас оказывается достаточно дорогой, чтобы было выгодно переводить её в водород. Но и здесь возможны варианты. Например, Кольская АЭС работает не на полную мощность, поэтому рассматривается строительство электролизеров. А если говорить о будущем, то продажи водорода на экспорт будут происходить в валюте, а расходы «Росатома» — рублёвые, и с учетом важности устойчивого развития атомной промышленности в России, не исключено развитие сегмента и «желтого» водорода.

И тут возникают две проблемы, отчасти связанные. Во-первых, гарантированный спрос покупателей. Во-вторых, вопросы транспортировки. 

Европа прямо говорит, что ее по большому счету интересует только «зеленый» водород, все остальные типы рассматриваются к покупке лишь как переходный вариант для создания масштаба отрасли. Возникает закономерный вопрос, зачем нам инвестировать в подобные технологии, если ЕС в своих программных документах подчеркивает, что на долгосрочную перспективу такие варианты ее не интересуют.

Более того, из-за дорогой транспортировки уже в Германии ведутся дискуссии, нужен ли стране вообще импортный «зеленый» водород, несмотря на то, что официальные планы ЕС подразумевают значительные объемы импорта.

Конечно, можно представить, что через 20—30—40 лет Китай, Япония, Южная Корея с удовольствием будет покупать у нас «бирюзовый» водород. Ведь там тоже уже анонсированы планы по нулевой эмиссии к 2050—2060 годам. Но тут возникает вопрос транспортировки. Танкерная транспортировка водорода только начинает развиваться, и едва ли будет дешевой даже в будущем, другие варианты (через синтез промежуточных химических соединений) тоже затратны.

Пока наиболее дешёвый способ транспортировки водорода — трубопроводная, а в ряде случаев допустимо подмешивать это топливо в действующие газопроводы. Поэтому всё больше разговоров о том, что «Северный поток-2» может быть использован и для транспорта газо-водородных смесей в ЕС. Тем более, что труба уже есть. Но транспорт водорода по трубами оказывается почти в четыре раза затратней, чем транспорт метана. С этой точки зрения, пиролизные установки для получения «бирюзового» водорода проще ставить ближе к центрам потребления.

Но если мы говорим об азиатских рынках, то придётся думать и о морской транспортировке. Возможно, кстати, окажется более выгодной транспорт в виде тех или иных соединений, например аммиака, получаемого с помощью водорода, произведенного без выбросов CO2.

Пока водородная энергетика выглядит, скорее, как «венчур». С одной стороны, есть демонстрация планов ключевых, в том числе азиатских экономик, на нулевую эмиссию к середине века или чуть позже, и очевидная невозможность этого достичь без масштабных систем накопления энергии, читай водороды.

С другой стороны, планы — это только планы. При этом, не решены очень многие проблемы: вопросы стоимости производства, транспортировки. Да, двадцать лет назад похожие вопросы были к сектору ВИЭ, и многие проблемы оказались решены. Но одновременно появилось и другое следствие: страны с высокой долей ВИЭ стали больше получать энергии у себя дома, меньше импортировать. Не исключен сценарий, что из-за сложностей транспортировки водородная энергетика в результате будет развиваться аналогично: без активной международной торговли, как внутренние истории. В конце концов, если мы говорим об азиатском рынке, ничто не мешает получать тот же «бирюзовый» водород из СПГ, но уже ближе к месту потребления.

Так или иначе, причины развития интереса к водородному экспорту в нашей стране понятны. В долгосрочной перспективе валютные поступления от нефтегаза будут снижаться, их нужно заместить другими источниками. Но ограниченные финансовые, организационные, технические ресурсы также можно инвестировать как в создание других экспортных направлений, или же в импортозамещение. В энергетической сфере наше конкурентное преимущество — в нефтегазовом секторе, с относительно низкой себестоимостью добычи. Но Россия не должна при любых обстоятельствах обеспечивать мир своими энергоресурсами, если эти проекты не гарантируют достаточную прибыль.

RUPEC в Twitter, в Telegram, на Facebook

Туркменистан активный участник водородной модернизации энергетики » Новости Центральной Азии

Эксперт напомнил, что водородная энергетика рассматривается как одно из ключевых курсов в реализации стратегий по низкоуглеродному развитию.

Научный обозреватель электронного издания CentralAsia.news известный туркменский учёный, доктор технических наук и эксперт Аллаберды Ильясов, по просьбе редакции представил очередной профильный аналитический обзор, в котором раскрыл актуальность разработки водородной энергетики как одного из перспективных направлений энергетической промышленности будущего, с функциями сохранения экологического равновесия.

Альтернатива и перспективы

Во многих развитых странах работы к водородной энергетике относятся как к приоритетным векторам развития науки и техники, в неё адресуют всё большую финансовую поддержку со стороны как государственных структур, так и частного капитала. Потому что такие проблемы как ограниченность ресурсов, увеличение стоимости природного газа и загрязнение атмосферы ставят перед миром задачу получения относительно дешёвого и экологически чистого водорода. 

Однако учёными всего мира ведутся исследования для разработки комплексной программы развития водородной энергетики, способствующей декарбонизации мировой экономики, перестройке энергетических систем с целью резкого уменьшения выбросов СО2. Актуальность декарбонизации энергетических систем возросла после вступления в силу Парижского соглашения по климату в 2016 году.

Впереди планеты всей

В последнее время водородная энергетика рассматривается как одно из ключевых направлений при реализации национальных стратегий по низкоуглеродному развитию. Вопрос перехода к «зелёной энергетике» на основе водорода занимает одно из центральных мест в сфере реформирования энергетического сектора ФРГ. 

Серьёзность намерений федерального правительства по развитию национальной водородной энергетики подкреплена принятием соответствующей стратегии — «Национальная стратегия развития водородной энергетики ФРГ» — в июне 2020 года. В июле того же года, уже на уровне ЕС были приняты «Водородная стратегия для климатически нейтральной Европы» и программный документ «Обеспечение климатически нейтральной экономики: стратегия ЕС по интеграции энергетических систем». 

Таким образом, Германия одобрила национальный документ по развитию водородной энергетики практически за месяц до соответствующего решения ЕС, демонстрируя готовность властей ФРГ вкладывать обширные средства в формирование новой энергетической инфраструктуры. 

Долгосрочная цель страны — создать нейтральную для климата экономику с сокращением выбросов СО2 на 95 процентов от уровня 1990 года. И водороду, на который будет переведён не только транспорт, но и металлургия с нефтехимической промышленностью, в этом процессе отводится центральная роль. Потенциал этого рынка огромен. Перевод европейской промышленности и транспорта на водородное топливо сократит вредные выбросы, создаст новые рынки и сделает водородные технологии экспортным продуктом.

Сырьё для водорода

Сейчас в мире производят порядка 75 миллионов тонн водорода. С помощью электрических установок добывается лишь 100 тысяч тонн, около 0,1процента. Основной объём — 95% всего водорода производится по технологии паровой конверсии (риформинга) метана и угля. При этом основным побочным продуктом является углекислый газ, и в таком процессе сокращение углеродного следа недостижимо.

Декарбонизации способствует водород, произведенный за счёт электролиза воды с использованием генерации возобновляемых источников (ВИЭ). Перспективным методом является получение водорода из биогазов, образующихся при разложении органических отходов. Основную долю в биогазе составляет метан, содержание которого составляет до 60 процентов. Биогаз получить можно практически везде, так как органосодержащие отходы в большом количестве постоянно образуются в процессе хозяйственной деятельности человека в местах потребления энергии. 

Если обратить внимание на энергообеспечение более крупных стационарных объектов, например, жилых или промышленных комплексов, то вся идеология водородной энергетики строится на её связке с другими — гидро-, ветряными возобновляемыми источниками энергии. 

Производство такой энергии идёт в одном режиме, а тратится потребителями она в другом, поэтому, когда есть излишки энергии, её можно тратить на получение водорода даже из обычной воды методом электролиза. Однако 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 коэффициентом полезного действия.

Чего ждать от энергоносителя?

Водородная энергетика является одним из альтернативных способов получения энергоносителя. Топливные элементы могут работать в домах и в машинах. Таким образом, вместо гигантских электростанций с длинными электрическими сетями появятся автономные, а на смену бензину придёт экологически чистое топливо. 

Сегодня учёными ведётся активный поиск вариантов добычи водородного топлива, так как этот энергоноситель имеет ряд преимуществ. Особый интерес водород вызывает как многообещающее топливо будущего, так как является самым лёгким топливом с наибольшей энергией на единицу массы, которое легко может быть превращено в химическую, механическую или электрическую энергию. 

Благодаря неограниченным ресурсам, высокой энергонасыщенности, технологической гибкости и экологической чистоте процессов преобразования энергии с участием водорода, его следует рассматривать как наиболее перспективный энергоноситель, а также он может стать средой для хранения энергии, в частности, электроэнергии. Одно из его преимуществ основано на том, что почти любой источник энергии может быть конвертирован в водород, давая возможность для его производства и для локального использования в различных регионах Земли.

Только 62% водорода производится как целевой продукт, остальные 38 процентов являются побочным продуктом других производств — нефтепереработка, коксохимия и другие. К последним относится почти весь электролитический водород, получаемый в настоящее время при производстве хлора и каустической соды. 

Главные направления использования водорода сегодня — в нефтепереработке и в химической промышленности является производство различных товаров, в первую очередь — аммиака и метанола. Использование водорода открывает уникальный путь к интегрированным «открытым энергосистемам», которые отвечают всем основным требованиям энергетики и охраны окружающей среды.

Экономика XXI века

Водородная экономика — это образ будущего для глобальной экономики, в которой водород становится новым повсеместным энергоносителем и сопоставим с потенциалом угля, нефти или газа. Он важнее нынешней роли гидроэнергетики, АЭС и биоэнергетики вместе взятых. 

По различным прогнозам, это может случиться в целом в мире после 2040 года, но в отдельных регионах водородная экономика начинает формироваться уже в наши дни. И если в XX веке основным драйвером развития водородных технологий была их экономическая конкурентоспособность по сравнению с дорожающими углеводородами, то в наши дни на первый план выходят обязательства государств, отдельных регионов, компаний и их объединений по борьбе с глобальным изменением климата. 

Так вот водород является необходимым элементом для реализации этих обязательств. Возобновляемые источники энергии могут декарбонизировать в основном электроэнергетику, в то время, как энергообеспечение зданий, транспортный сектор, промышленность во многом остаются «за бортом» декарбонизации, если не удастся найти новый энергоноситель. 

Водород претендует на решение этой проблемы. Стратегическое значение развитию водородных технологий придают в правительствах целого ряда стран, а также в корпоративном секторе. Речь идет о нескольких сотнях крупных и небольших компаний по всему миру, участвующих в тысячах проектных инициатив. 

В Европейском Союзе наибольшей активностью отличаются Германия и Великобритания. Японская программа была запущена летом 2014 года. Цель программы звучит даже шире технологической или климатической повестки — разворачивание строительства «общества, основанного на водороде». Дорожная карта содержит конкретные ключевые показатели по сразу нескольким технологиям технологической цепочки — в производстве, хранении, транспорте и использовании водорода — с периодами в 2020, 2025, 2030 и 2050 гг. Водородная программа США под разными названиями функционирует с 1970-х годов. В течение 2018 — начала 2019 годов о своих водородных стратегиях заявили Австралия и Республика Корея.

Туркменистан — активный участник данных процессов

Туркменистан, полностью разделяя озабоченность в связи с негативным воздействием промышленных выбросов в окружающую среду, последовательно выступает за тесную координацию международных усилий, направленных на минимизацию существующих рисков и вызовов. 

Международные инициативы туркменского государства направлены на формирование новой архитектуры глобальной энергетической безопасности, обеспечение широкого доступа для всех к недорогим, надёжным, современным источникам энергии. Туркменистан прилагает усилия по сохранению баланса между производственными целями и задачами по охране окружающей среды. 

В этой связи целесообразно разработать Стратегию ООН, нацеленную на осуществление мер по развитию низкоуглеродной энергетики, и создать под эгидой ООН международную Дорожную карту по развитию водорода в качестве одного из приоритетных направлений в энергетике.

Поэтому неслучайно уже в январе текущего года в Туркменистане была утверждена Дорожная карта по развитию международного сотрудничества Туркменистана в области водородной энергии на 2022–2023 годы. И в этой связи необходимо активно продвигать энергетическую дипломатию как неотъемлемый фактор укрепления взаимовыгодного партнёрства в обеспечении глобальной энергобезопасности. 

Со своей стороны, Туркменское государство будет и впредь предпринимать последовательные шаги по стимулированию и наращиванию плодотворного международного сотрудничества в данной области.

Что представляет собой водородный автобус? | Общественный транспорт | Общество

Водородные автобусы могут появиться на дорогах Москвы уже через один-два года. Об этом в своей колонке для РБК рассказал глава городского департамента транспорта Максим Ликсутов. Он отметил, что в целом стратегия внедрения водородных автобусов в рамках планов по развитию сети экологически чистого транспорта  рассчитана на 30 лет.

Как работают водородные автобусы?

Считается, что первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, создал французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз в 1806 году. На территории СССР из-за дефицита других видов топлива водород использовался для работы заградительных аэростатов в блокадном Ленинграде. Тогда же в городе на водороде ездило около 600 машин.

Французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз. Фото: Commons.wikimedia.org

В наше время интерес к водороду в качестве энергоносителя вызван желанием сократить потребление углеводородного топлива, а также уменьшить степень загрязнения атмосферы вредными составляющими выхлопных газов. В случае с автобусами на них обычно устанавливают топливные элементы на протон-обменной мембране (PEM). Их преимуществами являются небольшой размер и вес, а также низкая температура процесса. Для того чтобы снизить выбросы СО2 на 88–90% в полном жизненном цикле, необходимо использовать водород, полученный электролизом, при этом электроэнергия вырабатывается на ветряной электростанции (так называемый «зеленый» водород), либо используется «голубой» водород, который добывают из природного газа с последующим преобразованием CO2 в углерод по технологии CCS (Carbon Capture and Sequestration).

Как отметил Максим Ликсутов, заправка автобусов водородом может проводиться раз в сутки, обеспечивая необходимый пробег. При этом аккумуляторная батарея у таких транспортных средств будет небольших размеров, но с сохранением функции буфера для электроэнергии, потребление которой во время движения неравномерно.

Еще один плюс такого транспорта — водяной пар и тепло, которые выделяются при использовании водорода в транспорте, зимой могут использоваться для отопления салона автобуса.

На данный момент в России работают предприятия, которые имеют опыт производства, хранения и транспортировки водорода, однако в стране все еще необходимо решить вопрос развития заправочной инфраструктуры для такого транспорта. Также для ввода новых автобусов потребуется провести тестирование и сертификацию транспорта и его инфраструктуры согласно требованиям безопасности. 

Почему в Москве хотят ввести водородные автобусы?

По словам Ликсутова, Россия следует условиям Парижского соглашения по климату, в соответствии с которыми к 2030 году выбросы парниковых газов не должны превышать 70% от уровня 1990 года. Для этого в Москве приступили к замене дизельных автобусов на электробусы. На данный момент в столице их 600 штук, что составляет почти 10% от парка наземного транспорта. Ожидается, что к концу 2023 года данный показатель достигнет 2,2 тыс.

«Следующим шагом в развитии энергоэффективного и экологически чистого транспорта является применение водородных топливных элементов для получения электроэнергии непосредственно на самом автобусе, где основным топливом является водород, а потребность в зарядных станциях отпадает», — отметил глава московского департамента транспорта. По словам Ликсутова, данный вид транспорта уже используется в тестовом режиме в некоторых азиатских и европейских странах. «В мире более 500 водородных заправочных станций, из которых около 30% предназначены для заправки только водородных автобусов, и перспектива повсеместного внедрения водородного транспорта может иметь горизонт до 30 лет, который в целом можно отнести и к срокам внедрения водородных автобусов в Москве», — сообщил Ликсутов.

Автобус Mercedes-Benz Citaro на водородных топливных элементах. Фото: Commons.wikimedia.org

По словам главы дептранса, в столице появится возможность приступить к тестированию водородных автобусов после появления на 100% безопасного образца транспортного средства и зарядного устройства. «Но уже через один-два года будет вполне реально выпустить первый водородный автобус на улицы Москвы», — уверен Ликсутов.

О необходимости создать городской общественный транспорт на водородном топливе в конце 2020 года сообщил президент РФ Владимир Путин. «Нужно обязательно <...> к 2023 году сделать городской автобус на водородном носителе — там потом применяется электродвигатель, но на водороде нужно сделать», — заявил глава государства во время совещания с премьер-министром Михаилом Мишустиным. 

Водород - топливо будущего без будущего?

Водород считается самым распространенным элементом во Вселенной - он окружает нас отовсюду, хотя обычно не в чистом виде, а в виде различных химических соединений. Идеи использования водорода в качестве топлива в основном так же стары, как автомобили. Один из первых автомобилей в мире, автомобиль, построенный в 1808 году Франсуа Исааком де Рива, приводился в движение его запатентованным водородным двигателем, хотя слово «приводной» в данном случае несколько преувеличено.Позже было много экспериментов с использованием водорода в двигателях внутреннего сгорания, и компания BMW много лет работала над такими решениями.

Теоретически у водорода много преимуществ - он отличный энергоноситель, а продукт его сгорания - водяной пар.Только то, что на практике он вызывает массу проблем - его производство энергозатратно, при смешивании с воздухом он образует чрезвычайно взрывоопасную смесь (так называемый электролитный газ), транспортировка и хранение требуют чрезвычайных мер предосторожности.

В последние годы гораздо более популярной, чем сжигание водорода в двигателях внутреннего сгорания, стала идея использовать его для топливных элементов.Проще говоря, топливный элемент — это «батарейка», вырабатывающая электроэнергию в результате окисления подаваемого извне топлива. Это не обязательно должен быть водород, но водородные элементы считаются наиболее эффективными из доступных. Это тоже не такая уж и новая технология, потому что первые такие элементы были построены еще в 19 веке, хотя на практике их начали использовать только в 1960-х годах в качестве источника питания в космических кораблях.

Фото: ACZ / Auto Świat Топливные элементы

Топливные элементы — как использовать водород, не сжигая его

Здесь, в теории, все выглядит прекрасно — благодаря топливным элементам можно построить электромобиль, запас хода которого сравним с запасом хода автомобиля с двигателем внутреннего сгорания, а аккумуляторы которого не нужно заряжать часами.Достаточно восполнять запас водорода каждые несколько сотен километров, что занимает немногим больше времени, чем заправка бензином или дизельным топливом. Чистая, безэмиссионная технология. Теоретически.

После многолетних экспериментов производители наконец-то освоили технологию производства рабочих и долговечных элементов — и Toyota, которая с моделью Mirai была пионером в серийном выпуске автомобилей на топливных элементах, заявила, что готова составить конкуренцию все необходимые патенты, чтобы такие автомобили могли выйти на рынок больше.Почему? Потому что, если водородные автомобили на дорогах — это как лекарство, никто не заинтересован в создании сети водородных заправок. И круг замкнулся — ведь если нет заправки, то нет и желающих ездить на водородных автомобилях. Отсюда идея о том, что государства должны создавать стимулы для создания сетей заправок водородом или даже заниматься ими. В Польше закон об электромобилях и альтернативных видах топлива приравнивает водородные автомобили к электромобилям, работающим от аккумуляторов.Также есть заявления о поддержке коммуникационных решений на основе водорода.

Польша - водородная держава, но водородом не заправишься!

Но есть ли в этом смысл? Как же так, если в Польше производится столько водорода, его нельзя нормально купить? Это просто! Водород в основном используется для технологических процессов, т.е.в нефтехимии, металлургии и производстве удобрений. Его транспорт, однако, настолько дорог и сложен, что «потребители» обычно производят его для собственных нужд на месте. Кроме того, водород, используемый для технологических процессов, имеет другие параметры, чем водород, используемый для топливных элементов. Водород непосредственно из установки, например, на нефтеперерабатывающем заводе, «убьет» топливный элемент содержащимися в нем загрязняющими веществами. Поскольку водород не обязательно должен быть слишком чистым для текущих применений, он производится по более дешевым и простым технологиям, чем те, которые используются для производства «дизельного водорода» — так что водород у нас есть, но не такой, каким он должен быть.

Водородные автомобили - оно того стоит?

А вот и еще одна проблема - как обстоят дела с рентабельностью всей этой затеи? Потому что водород есть везде, но чтобы получить его в чистом виде нужно много… электричества.Сколько? Это зависит от выбранной технологии, но можно оценить, что она находится на уровне нескольких десятков кВтч на каждый килограмм водорода. Это много? Да, потому что один килограмм водорода хранит энергию, соответствующую 40 МДж, или всего около 40 кВтч. Что это значит? По возможности заряжать аккумуляторы такой энергией выгоднее, чем производить водород, а затем доставлять его на станцию, заправлять машину и снова преобразовывать в электроэнергию.

КПД электропривода, работающего от водородного топливного элемента, в глобальных расчетах катастрофичен по сравнению с КПД электропривода, работающего от аккумулятора.Предположим оптимистическое предположение, что в нашем распоряжении имеется экологически чистая электроэнергия, поступающая, например, от гидро-, ветряных или даже атомных электростанций или фотогальванических элементов, а не от сжигания угля. Если мы хотим использовать его для зарядки электромобиля, работающего от встроенных аккумуляторов, мы теряем около 5 процентов при оптимистичных предположениях. энергии на потери в сети передачи, еще 5 процентов. при преобразовании переменного тока в постоянный еще несколько процентов. на потери в процессе самого заряда и десяток с лишним процентов.по потерям энергии в самом автомобиле и его двигателе получаем КПД "Колодец до колеса" (не считая выработки электроэнергии), на уровне примерно 70 процентов. ! Отличный результат, конечно, если у нас есть экологическое электричество.

Что, если автомобиль будет генерировать электричество на водородном топливном элементе? Здесь ситуация резко меняется.Огромные потери при производстве водорода электролизом, около 25-30 процентов. энергии поглощается при транспортировке и хранении водорода, КПД топливных элементов также ограничен, в зависимости от типа, примерно 40-60 процентами. энергия, содержащаяся в водороде, преобразуется в электричество. К тому же, конечно, такие же потери в приводе, как и у «обычных» электромобилей и… получаем суммарный КПД чуть более 20%! Плохой результат!

Фото: Hyundai / Auto Świat Hyundai NEXO водород

Водород как топливо имеет смысл, но не всегда

Значит ли это, что нет смысла использовать водородные топливные элементы? Конечно нет! Если есть, например.огромный излишек дешевой электроэнергии, ее можно использовать для производства водорода, который потом можно использовать как "топливо" для топливных элементов! Потому что проблема с энергосетями в том, что, особенно с энергией из возобновляемых источников, подача электроэнергии может быть очень непостоянной - например, когда тепло и ветрено, электроэнергии может быть больше, чем нужно, а когда холодно и безветренно , его может не хватать. Производство водорода — не что иное, как форма хранения энергии. Это имеет смысл.Вопрос в том, есть ли у нас избыток дешевой и чистой электроэнергии в Польше? Недавний рост цен на электроэнергию вовсе не свидетельствует об этом.

Водород для грузовиков? Хороший план!

В некоторых приложениях, например.В сфере «зеленых» дорог грузовые автомобили, работающие на водородных топливных элементах, кажутся отличным решением. Баллоны с водородом весят значительно меньше, чем аккумуляторы, необходимые для хранения того же количества энергии, а при необходимости запас топлива можно пополнить несравненно быстрее, чем это потребовалось бы для зарядки аккумуляторов емкостью в сотни киловатт-часов. МДП, путешествующий по маршрутам в тысячи километров и работающий от аккумуляторов, — это абстракция, но работа на водороде — это технически осуществимое и разумное решение.

Так что, похоже, водород еще долго будет топливом будущего и в обозримом будущем не заменит автомобили внутреннего сгорания, не говоря уже об электрических, оснащенных батареями или суперконденсаторами.Конечно, государственные субсидии не пропадут даром — наверняка найдутся те, кто на них заработает, и политики тоже выиграют от этого, ведь водород — это сейчас более модная тема, чем уже всем известная «обычная» электромобильность.

.90 000 автомобилей с водородным двигателем - как это работает?

Водород можно использовать для питания автомобилей двумя способами. Его можно использовать в качестве топлива в традиционном двигателе, который сжигается в камере, или его можно использовать в топливных элементах для выработки энергии для привода электродвигателя. Энергия связи водорода и кислорода в молекуле воды h3O меньше суммарной энергии связи молекул водорода h3 и кислорода O2.

Следовательно, , когда водород и кислород связываются с молекулами воды, вырабатывается избыточная энергия. Он может быть удален из системы в виде тепла (которое преобразуется в механическую энергию в двигателе внутреннего сгорания) или в виде электрохимической энергии (в топливных элементах).

Расположение компонентов в автомобиле с водородными элементами

(фото: пресс-материалы / Honda)

Преждевременное зажигание является серьезной проблемой при использовании водорода в поршневых двигателях. Причинами этого являются, прежде всего, очень низкая энергия воспламенения водорода и широкий диапазон пределов воспламеняемости.Кроме того, при сгорании водорода в воздухе образуются небольшие количества оксидов азота. Примером такого решения является BMW Hydrogen Series 7. Еще одним недостатком в данном случае является использование жидкого водорода для хранения.

Правда, в жидком состоянии в 846 раз меньше, чем в газообразном при температуре 0 градусов Цельсия и давлении 1 атм, но потребляет много энергии и поэтому его надо охлаждать до температура -253 градуса Цельсия.Так машина не может долго стоять без запуска. Подсчитано, что примерно через 9-14 дней водород нагреется до такой степени, что превратится в газ и испарится из резервуара.

В автомобилях, использующих топливные элементы, баки используются для хранения сжатого водорода. Их цилиндрическая форма напоминает те, которые используются для сжиженного нефтяного газа. Однако конструктивно они гораздо более совершенны с точки зрения применяемой технологии. Внутренний слой из алюминия или стали (ок.20 процентов общая масса), а снаружи покрыт композитным материалом.

Благодаря этому они обладают высокой устойчивостью к механическим повреждениям и сравнительно небольшим весом. Например, Honda FCX Concept использует 171-литровый бак, в котором хранится газ под давлением 35 МПа. С полным баком машина способна проехать 569,7 км.

Схема работы автомобиля на топливных элементах относительно проста. На первом этапе водород из бака подается в камеру, куда также подается воздух, чаще всего с применением турбокомпрессора.Затем ток (постоянный ток) передается от ячейки к тяговому преобразователю, где он преобразуется в переменный ток и передается на асинхронный двигатель. Заключительный этап – передача крутящего момента на колеса автомобиля.

Водородные баки на Honda FCX Concept 2006

(фото: пресс-материалы / Honda)

Самым важным элементом всей системы, конечно же, являются топливные элементы. Это электрохимические устройства, вырабатывающие полезную энергию (электричество, тепло) в результате химической реакции между водородом и кислородом.Ячейка состоит из двух электродов: катода и анода. Они разделены электролитом или электролитической мембраной. Они пропускают поток катионов и блокируют поток электронов .

Когда он попадает на анод, он распадается на протоны и электроны. Первые могут свободно проходить через электролит к катоду, к которому подается воздух. С другой стороны, поток электронов к катоду проходит через внешнюю цепь , вызывая генерацию электрического тока.Эта электрохимическая реакция водорода и кислорода производит электричество, воду и тепло.

  • Реакция на аноде: h3 => 2H + + 2e -
  • Реакция на катоде: ½ O2 + 2H + + 2e - => h3O
  • Это можно резюмировать следующим образом: h3 + ½ O2 => h3O, что сопровождается выделением тепла и электричества.

Существует множество типов топливных элементов.Один из критериев, согласно их можно разделить на температурные, так как некоторые из используемых веществ обладают очень хорошими электролитическими свойствами при высоких температурах. Мы различаем высокотемпературные и низкотемпературные топливные элементы .

Эксплуатация первого происходит при температуре около 600 градусов Цельсия. Они могут использовать водород низкой чистоты, а также некоторые углеводороды, такие как метан. Еще одним преимуществом является их высокая эффективность. К сожалению, самым большим недостатком является высокая инерционность ячейки по времени, ее нельзя запустить сразу, поэтому в автомобилестроении они не используются.

Низкотемпературные элементы используются в автомобилях. Они работают при температурах ниже 250 градусов Цельсия, но, к сожалению, требуется чистый водород. Однако нет необходимости использовать термостойкие материалы, что обеспечивает безопасность и благоприятно для использования в автомобилях.

Электродвигатели в Honda FCX Concept 2006

(фото: пресс-материалы / Honda)

Существует три основных типа низкотемпературных элементов.Первый — это AFC (щелочные топливные элементы), где электролитом является гидроксид калия. Рабочая температура от 65 до 220 градусов Цельсия, что способствует быстрому вводу в эксплуатацию. Они имеют высокий КПД, малый вес и малую вместимость. Также они отличаются относительно коротким сроком службы и большими проблемами с отводом воды, которые необходимо устранять перед повторным запуском.

В фосфорнокислотных топливных элементах (PAFC) в качестве электролита используется концентрированная фосфорная кислота. Рабочая температура составляет от 150 до 205 градусов Цельсия. Они отличаются высокой устойчивостью к углекислому газу, однако имеют ряд недостатков, таких как высокая коррозионная активность, попадание воды и разбавление электролита, большие габариты и масса.

Топливные элементы для Honda FCX Concept 2006

(фото: пресс-материалы / Honda)

В концепте Honda FCX используются элементы с электролитической мембраной PEM (протонообменная мембрана). В стандартной ячейке PEM электролит представляет собой полимерную мембрану, покрытую тефлоном. Рабочая температура от 160 до 195 градусов Цельсия, но благодаря использованию Хондой ароматических соединений удалось уменьшить диапазон температур, и в модели FCX Concept он составляет от -20 до 95 градусов Цельсия.

Преимуществами являются, конечно же, быстрый запуск, отсутствие коррозии, вызванной электролитом, высокий КПД, компактная конструкция и прочные материалы, используемые для изготовления диафрагмы. К сожалению, процесс его производства очень дорог, в т.ч.в необходимостью использования платины.

Система водородного привода для Honda FCX Concept 2006

(фото: пресс-материалы / Honda)

Водородные топливные элементы, безусловно, станут преемником традиционного двигателя внутреннего сгорания. Электромобили — это только переходное поколение. Со временем это в конечном итоге снизит стоимость производства топливных элементов до такой степени, что автомобилей на водороде станут доступными на каждые , и тогда они быстро заменят традиционные двигатели внутреннего сгорания.Когда это произойдет? Надеюсь, не при жизни.

Оцените качество нашей статьи: Ваши отзывы помогают нам создавать лучший контент.

.

Производство водородного топлива стало проще. Все, что вам нужно, это вода и алюминий

.

Уже давно ясно, что будущее будет полностью электрическим. Однако не все сегменты на рынке можно электрифицировать просто так, а потому не в каждом проекте мы найдем полноценный запас энергии в руках аккумуляторов. Одной из альтернатив является водород во многих формах, и такие открытия делают газ значительно более ценным. Ученые только что разработали способ легкого доступа к водородному топливу.

  • Ученые обратились к алюминию и воде в приводе для распространения водородного топлива
  • Алюминий реагирует с водой с образованием гидроксида алюминия, что позволяет получать водород в газообразном состоянии
  • Последнее открытие включает решение проблемы реакции алюминия с кислородом и его использование в процессе различных типов сплавов

Эти ученые являются специалистами Массачусетского технологического института или Массачусетского технологического института.Им пришла в голову идея производить водородное топливо в любой точке мира без специализированного оборудования и с использованием только алюминия и воды. Это важно, потому что сам водород, хотя и очень впечатляющий с точки зрения удельной мощности, требователен к производству и хранению. Его потенциал огромен, поскольку он может заменить ископаемое топливо в реактивных двигателях, стать источником электроэнергии и даже формой ее долгосрочного хранения.

Читайте также: НАСА разрабатывает еще один марсианский вертолет.Это будет более крупный и универсальный

.

Однако проблемы с водородом, помимо самого факта его производства, которые создают выбросы для большинства систем, огромны с точки зрения транспорта. Однако доктор Лорин Меруэ вместе с профессором Дугласом Хартом и профессором Томасом Игером из Массачусетского технологического института показали, однако, что водород может быть получен в результате реакции с участием алюминия и воды. Это происходит при нормальной комнатной температуре и приводит к образованию гидроксида алюминия, сопровождающемуся выделением газообразного водорода.

Читайте также: Когда до нас может дойти сообщение от внеземной цивилизации?

Это не какое-то особенное открытие, потому что ученые давно знали об этом типе явления, но в данном случае его самая большая проблема была решена. Это связано с тем, что это явление в настоящее время не используется в производстве водорода по двум причинам: во-первых, алюминий легче реагирует с кислородом воздуха и образует оксид алюминия, препятствуя его реакции с водой. Во-вторых, явление требует использования чистого алюминия (мы его знаем из быта, это специфические сплавы), а его производство энергозатратно и неэкологично.

Специальное покрытие для алюминиевого лома, достаточное для того, чтобы даже оксид алюминия на поверхности не мешал образованию гидроксида алюминия

Сообщается, что ученые в своей работе решили обе эти проблемы, используя информацию из некоторых предыдущих экспериментов. Они нацелились на вышеупомянутый глинозем, с которым боролись путем окраски алюминиевых сплавов эвтектической смесью галлия и индия. Он остается жидким при комнатной температуре, в то же время способен проникать через оксид алюминия, образующийся на поверхности алюминия, и позволяет выделять водород в результате реакции с водой.Судя по всему, эта смесь не теряет своих свойств в процессе работы, поэтому ее можно использовать неограниченное время.

Читайте также: Однажды Международная космическая станция будет закрыта. НАСА думает, что с ним делать

Согласно лабораторным исследованиям, этого достаточно, чтобы обеспечить свободный доступ к водородному топливу во всем мире. Идея состоит в том, чтобы просто транспортировать алюминиевый лом, что намного проще, чем транспортировка водорода, и более эффективно, поскольку его плотность в 10 раз выше, чем у водорода в виде сжатого газа.

.

Водородная стратегия: зеленый водород — топливо будущего

Водород считается своего рода чудодейственным веществом. В двигателе или топливном элементе он сгорает при добавлении кислорода в чистую воду. Его можно транспортировать по трубопроводам или сжижать в цистернах. Его легко хранить, и он может заменить ископаемое топливо практически в любом месте: в грузовиках, автомобилях или поездах, в производстве стали, цемента или химикатов.

Еще 20 лет назад в Германии надеялись, что в течение нескольких лет водород максимально заменит бензин и дизельное топливо.Однако в настоящее время только около 100 из 14 500 заправочных станций в Германии предлагают водород.

Немецкая и европейская водородная стратегия

Это скоро изменится. В июне 2020 года правительство Германии приняло национальную водородную стратегию. В начале июля Европейская комиссия сделала то же самое. Обе программы призваны помочь ускорить разработку экологически чистого топлива.

Германия и ЕС уделяют основное внимание зеленому водороду, который производится из возобновляемых источников энергии и, следовательно, является нейтральным для климата.Необходимая энергия может поступать из таких стран, как Марокко, среди прочих, которые могут производить большое количество энергии ветра или солнца.

К 2030 году до 40 000 мегаватт т.н. электролизеры, из которых 5000 мегаватт должны быть произведены в Германии к 2030 году. Эти элементы могут производить до десяти миллионов тонн зеленого водорода в год. Для этого Германия хочет содействовать строительству в Северном море специальных водородных островов, подобных сегодняшним нефтегазовым платформам.Окруженные крупными морскими ветряными электростанциями, они будут производить водород, который затем будет доставляться на побережье танкерами.

Hydrogen Green как альтернатива батареям

Экологическое топливо предназначено для замены ископаемого топлива в основном там, где использование электрических батарей не имеет особого смысла, например, в грузовиках, кораблях, поездах или самолетах. В 2018 году первые два водородных поезда уже были подключены к сети в Германии. Они могут проехать до 1000 километров без дозаправки.

Федеральный министр экономики Питер Альтмайер убежден, что зеленый водород — это «чистое топливо будущего». Вот почему правительство Германии финансирует исследования, разработку технологий и международное сотрудничество в этой области девятью миллиардами евро.

© www.deutschland.de

Вы хотите регулярно получать информацию о Германии? Подпишитесь здесь: 90 024

.

Водород - топливо будущего - Промышленность и окружающая среда

РЕДАКТИРОВАТЬ: 20 января 2022 г. Это касается публикации официальной версии Польской водородной стратегии.

РЕДАКТИРОВАТЬ: 7 сентября 2021 г. Для статистики публикаций и патентов, связанных с водородом, и Польской водородной стратегии.

С развитием промышленности, транспорта и энергетики постоянно увеличиваются выбросы углекислого газа, который вместе с другими парниковыми газами, CO 2 , отрицательно влияет на изменение климата.На современном этапе развития человечества невозможно перестать инвестировать в экономику с целью минимизации выбросов, поэтому следует искать другие решения. 28 ноября 2018 года Европейский экономический и социальный комитет опубликовал Сообщение Комиссии Европейскому парламенту, Европейскому совету, Совету Европейского экономического и социального комитета, Комитету регионов и Европейскому инвестиционному банку: «А Чистая планета для всех. Европейское долгосрочное стратегическое видение процветающей, современной, конкурентоспособной и климатически нейтральной экономики» [1].Если долгосрочное стратегическое видение, содержащееся в этом документе, будет реализовано, Европейский союз достигнет климатической нейтральности к 2050 году. Минимизация выбросов парниковых газов возможна, например, за счет построения инфраструктуры на основе водородной экономики, развитие которой мы будем наблюдать в ближайшие десятилетия.

Типы водорода

Образовавшийся сразу после Большого взрыва водород является одним из самых распространенных элементов во Вселенной.Впервые он был использован в качестве источника энергии в 1813 году для создания автомобиля с водородным двигателем. С тех пор водород используется и в промышленности: для производства таллия, аммиака, метанола и тепла. Это также альтернатива электромобилям.

Однако использование водорода не всегда безвредно для окружающей среды. Существует четыре типа водорода, различающихся по способу их получения:

  • серый водород - образуется в процессе парового риформинга, в котором метан и водяной пар реагируют с никелевым катализатором, в результате чего образуется синтез-газ, состоящий из монооксида углерода и водорода.Второй способ получения серого водорода – газификация угля – в результате реакции угля с водяным паром образуются водород и окись углерода. В этих типах процессов используется ископаемое топливо, что приводит к выбросу парниковых газов в окружающую среду;
  • Синий водород — как и серый водород, он производится в процессах, в которых используется ископаемое топливо для выброса парниковых газов в окружающую среду. В отличие от серого водорода, CO 2 не выбрасывается в окружающую среду, а улавливается в процессе секвестрации углерода и затем может депонироваться, храниться или использоваться повторно;
  • Фиолетовый водород — производится с использованием высоких температур ядерных реакторов, которые затем используются в процессе пиролиза метана.Результатом процесса является твердый углерод и водород, его производство является безэмиссионным;
  • зеленый водород - производится электролизом. Электролиз включает пропускание тока высокого напряжения через воду, которая расщепляет воду на водород и водород. Условием для того, чтобы полученный водород считался зеленым, является наличие у предприятия, производящего электроэнергию, используемую для процесса электролиза, зеленого сертификата [2]. Она должна поступать из возобновляемых источников энергии, то есть энергии ветра или солнечных батарей.Использование электричества с зеленым сертификатом в производственном процессе гарантирует отсутствие выбросов вредных газов. Полученный таким образом водород является одним из основных элементов для достижения климатической нейтральности. От мест электролиза водород транспортируется по трубопроводам или резервуарам на промышленные предприятия, заправочные станции или хранилища водорода, где хранится до тех пор, пока не будет использован в качестве топлива, т. энергия.Зеленый водород используется в централизованном теплоснабжении, поскольку отработанное тепло, образующееся во время электролиза, может использоваться в качестве источника энергии для сети. Отрицательным моментом при его более широком использовании является стоимость его производства на основе электроэнергии с зелеными сертификатами. Зеленый водород в настоящее время в три раза дороже, чем серый водород. Таким образом, для достижения цели, установленной Европейским союзом, цены на электроэнергию с «зеленой» сертификацией должны стать конкурентоспособными по отношению к ценам на электроэнергию, произведенную из ископаемых видов топлива: каменного угля и лигнита, то есть существующих источников энергии.

К сожалению, в настоящее время целых 95% получаемого в настоящее время водорода в мире маркируется серым или синим цветом, со значительным преобладанием серого цвета.

Мировое потребление водорода и инвестиции

Потребление водорода увеличилось в четыре раза с 1975 года, с 18,2 мегатонн до 73,9 мегатонн. Многие страны инвестируют в исследования водорода. С 2002 года общая сумма, потраченная всеми странами, превысила 37 миллиардов злотых. Ведущими странами, участвующими в этой разработке, являются Соединенные Штаты Америки, которые потратили 13,5 млрд злотых на инвестиции, связанные с производством водорода в течение 18 лет, и Япония, потратившая более 8,3 млрд злотых, за ней следуют Франция, Корея, Канада и Германия.По прогнозам, стоимость мирового рынка водорода достигнет 600 млрд злотых в 2022 году, что означает увеличение на 35% по сравнению с 2015 годом.

РЕДАКТИРОВАТЬ: 7 сентября 2021 г. Для статистики публикаций и патентов, связанных с водородом.

По данным Польского экономического института, в 2014-2019 годах наибольшее количество публикаций, таких как статьи, обзоры или материалы конференций по водороду, было опубликовано Китаем, который более чем в четыре раза превзошел вторую страну, которой были Соединенные Штаты. Америки [6].Затем последовали Индия, Германия, Япония и Иран. В этом отношении Польша заняла 20-е место среди 100 опрошенных стран и 7-е место среди 27 стран ЕС. В то же время Соединенные Штаты Америки получили наибольшее количество патентов, связанных с водородом, за ними следуют Китай, Япония, Южная Корея и Канада. Польша заняла 6-е место среди стран ЕС, что сильно отставало от ведущих на тот момент стран ЕС, таких как Германия или Великобритания, но не уступала развивающимся странам.Аспектом, сдерживающим развитие водорода в нашей стране, является низкий уровень финансирования исследований в частном и государственном секторах и небольшая лабораторная инфраструктура. Высокий уровень знаний польских ученых не может быть использован в полной мере.

Азия делает ставку на водородные автомобили

азиатские страны, такие как Китай, Сингапур, Южная Корея и уже лидирующая Япония, будут играть ключевую роль в дальнейшем развитии исследований и инфраструктуры на основе водорода.По оценкам, к 2050 году их общий спрос на водород, как ожидается, достигнет 75% мирового потребления водорода. Эти азиатские страны уже являются лидерами на рынке водородных автомобилей, и их позиции, безусловно, будут укрепляться с годами. Именно такие компании, как Toyota, Hyundai и Honda, т.е. компании, расположенные в Азии, больше всего занимаются производством «водородных» автомобилей. Крупнейшим получателем автомобилей с водородным двигателем в настоящее время являются Соединенные Штаты Америки, в частности штат Калифорния, где в 2018 году было до 50% производимых в мире «водородных» автомобилей.За ней следуют Япония и Корея. Чтобы побудить людей покупать «водородные» автомобили, необходима целая сеть инфраструктуры заправки водородом. На начало 2020 года во всем мире было доступно в общей сложности 432 водородных заправочных колонки, 178 из которых находились в Азии, 177 в Европе и 74 в Северной Америке (в основном в Калифорнии). Однако есть много признаков того, что водородная инфраструктура будет развиваться. в будущем.

Европейская водородная стратегия и проект EGHAC

Помимо автомобилестроения, страны всего мира ищут другие пути дальнейшего использования водорода в различных отраслях экономики.В настоящее время в Европе только 4% производимого водорода является экологически чистым, но это изменится благодаря водородной стратегии ЕС. 8 июля 2020 года Генеральный директорат по энергетике опубликовал Сообщение Комиссии Европейскому парламенту, Совету Европейского экономического и социального комитета и Комитету регионов «Водородная стратегия для климатически нейтральной Европы» [ 3]. Он предвещает ряд изменений в энергетической системе, на долю которой приходится 75% выбросов парниковых газов в Европейском Союзе.Стратегия определяет способы использования водорода посредством инвестиций, регулирования, создания рынка, исследований и инноваций. Евросоюз хочет постепенно наращивать производство водорода и внедрять его, в том числе, в металлургическую, химическую и транспортную отрасли, а также в производство и хранение энергии. Цель состоит в том, чтобы к 2030 году цены на зеленый водород сравнялись с затратами на производство серого. Для этого необходимо создать электролизеры и расширить инфраструктуру, вырабатывающую ветровую и солнечную энергию.В результате к 2050 году общая сумма, потраченная ЕС на развитие водородной инфраструктуры, может составить от 180 до 470 млрд евро. Кроме того, реализуется Европейский центр ускорения зеленого водорода (EGHAC) [4], т.е. Европейская программа развития водорода. Это инициатива EIT InnoEnergy, которая ускорит производство зеленого водорода и поможет сократить разрыв в цене между серым и зеленым водородом. Помимо помощи в достижении европейского углеродного нейтралитета, EGHAC создаст до 500 000 новых рабочих мест, связанных с водородной инфраструктурой.

Потенциал стран Африки и Ближнего Востока

Аналогичные действия предпринимают африканские страны, например Марокко, имеющее большой потенциал для получения фотоэлектрической энергии в качестве источника энергии для производства зеленого водорода. В настоящее время в этой стране действует крупнейшая в мире термосолнечная электростанция. Страны Евросоюза также участвуют в развитии возобновляемых источников энергии в Африке, в том числе Германия, которая планирует импортировать зеленый водород из вышеупомянутого Марокко или Конго.Большой интерес к использованию водорода наблюдается и в Саудовской Аравии, где к 2025 году планируется построить крупнейший завод зеленого водорода недалеко от границы с Египтом и Иорданией. Комбинируя электроэнергию из фотоэлектрических и ветряных источников, завод будет производить 650 тонн зеленого водорода в день, который будет доставляться потребителям кораблями в виде аммиака.

Польская водородная стратегия

Министерство климата и окружающей среды должно объявить Польскую водородную стратегию до 2030 года к концу 2020 года.Весной 2021 года проект должен принять Совмин. Эта стратегия призвана направлять развитие водородной экономики в Польше и способствовать развитию этой области. В настоящее время Польша производит 1 миллион тонн водорода ежегодно, что составляет целую десятую часть производства всего Европейского Союза, но водород, получаемый в нашей стране, в основном серый. Некоторые крупные польские промышленные предприятия, такие как PGNiG, LOTOS или Jastrzębska Spółka Węglowa, уже инвестируют в экологически чистый водород.

РЕДАКТИРОВАТЬ: 7 сентября 2021 г.Это касается Польской водородной стратегии.

В январе 2021 года Министерство климата и окружающей среды и Межведомственная группа по управлению водородом опубликовали долгожданный проект «Польская водородная стратегия до 2030 года с перспективой до 2040 года». [7]. В нем представлены цели и мероприятия, которые заключаются в построении в стране низкоэмиссионной водородной экономики, уделяя при этом внимание развитию энергетики, транспорта и промышленности. Проект также затрагивает необходимые изменения в производстве и распределении водорода, закон и метод финансирования, что должно привести к развитию компетенций в производстве компонентов из цепочки создания стоимости водородной технологии, развитию конкурентоспособности польской экономики и климатической нейтральности.Проект также привлек внимание к существующему в Польше научно-исследовательскому потенциалу и многолетнему опыту работы в химической отрасли, которая, помимо прочего, занимается производством, хранением и использованием водорода. Крайне важно поддерживать исследовательские группы, работающие в области водорода, а также научно-исследовательские центры, которые на основе собственных инновационных технологий могут внести положительный вклад в развитие отрасли в стране. Также важно создать спрос на водород путем создания соответствующих технических условий, финансирования технологий и поощрения компаний, которые могут внедрить водород в свою деятельность.План развития водородной экономики, представленный в проекте, соответствует мероприятиям, включенным в стратегию «Энергетическая политика Польши до 2040 года». [8], который представляет собой план по проведению преобразования польской энергетики.

Цели Польской водородной стратегии

Польская водородная стратегия представляет шесть основных целей, которые помогут создать польскую отрасль водородной экономики. Во-первых, это внедрение водородных технологий в энергетике.Выполнение этой задачи позволит сектору обезуглерожиться, диверсифицировать больше источников энергии, сократить использование ископаемых видов топлива и свести к минимуму зависимость от импорта. Доля ВИЭ, сильно зависящая от погодных условий, с годами будет продолжать расти. Чтобы обеспечить стабильную национальную систему, энергобаланс должен включать источники с нулевым или низким уровнем выбросов, которые эффективно функционируют независимо от времени суток и скорости ветра. Водород также можно использовать в качестве накопителя избыточной энергии от возобновляемых источников энергии и атомных электростанций.В ближайшие годы важной задачей станет создание соответствующей правовой базы, которая позволит открывать водородные установки. Дальнейшие исследования позволят вводить в эксплуатацию все более и более крупные системы и адаптировать системы к многоквартирным домам, небольшим жилым комплексам и общественным зданиям.

Вторая цель – использование водорода в качестве альтернативного топлива для транспорта. Это сократит выбросы CO 2 , особенно в общественном транспорте, тяжелом транспорте, железнодорожном, водном и воздушном транспорте, в том числе беспилотном.Преимуществом водорода является возможность быстрой дозаправки, более высокая плотность энергии, чем у ископаемого топлива, и способность преодолевать очень большие расстояния без необходимости дозаправки. Водород также может применяться на традиционных заправочных станциях. Еще одним плюсом является тот факт, что, в отличие от электромобилей, водородные автомобили не имеют большой и тяжелой батареи, которую необходимо утилизировать после использования. В течение пяти лет в нашей стране планируется ввести в эксплуатацию 500 водородных автобусов, которые можно будет заправлять на 32 станциях.Ожидается, что за 10 лет количество транспортных средств увеличится до 2 000,9 0003.

Третья цель – поддержать декарбонизацию отрасли. Этот сектор является отраслью экономики, в которой переход к климатической нейтральности является наиболее сложным. Некоторые отрасли промышленности, в основном нефтепереработка и химия, используют в своей деятельности водород, но это не водород с низким уровнем выбросов. В ближайшие несколько лет будут предприняты усилия по поддержке усилий по получению и использованию в промышленности водорода, получаемого из «зеленой» энергии.К 2030 году планируется построить пять водородных долин, которые будут использовать трубопроводы для транспортировки водорода в другие места.

Четвертая цель – производство водорода на новых установках, не использующих ископаемое топливо. Полностью ограничивать эксплуатацию уже действующих установок не планируется, а только стимулировать инновационную деятельность и использование момента разработки и предложенных средств. Выбранный метод производства водорода и источник электроэнергии, используемый для питания электролизеров, будут зависеть от наличия таких продуктов, как вода, возобновляемые источники энергии и атомные электростанции.В 2025 году планируется достичь общей мощности электролизера 50 МВт, что позволит производить 4000 тонн водорода в год. Предполагается, что к 2030 году установленная мощность электролизеров достигнет 2 ГВт.

Пятая цель – эффективное и безопасное распределение водорода и его эффективное хранение. Текущие решения для передачи – это трубопроводы, автомобильный и железнодорожный транспорт. Водород можно транспортировать по трубопроводам вместе с газом, и оптимизация этой системы к 2030 г. должна позволить транспортировать смесь, содержащую около 10 %неприродные газы, такие как водород. В течение следующих 5 лет будут проводиться исследования по определению оптимальной формы переноса водорода. К 2030 году планируется предпринять действия, направленные на результаты предыдущих анализов. Также запланирован трубопровод с севера на юг страны, известный как «водородная магистраль».

Конечной целью является создание стабильной нормативно-правовой базы. В 2021/2022 годах должна быть создана нормативная база функционирования водорода как альтернативного топлива на транспорте, основы функционирования рынка водорода, разработан пакет законодательных актов по водороду.Правила, определяющие функционирование рынка, будут учитывать правовые нормы и стимулы ЕС для производства водорода с низким уровнем выбросов.

РЕДАКТИРОВАТЬ: 20 января 2022 г. Это касается публикации официальной версии Польской водородной стратегии.

В конце 2021 г. Министерство климата и окружающей среды опубликовало полную версию материала «Польская водородная стратегия до 2030 г. с перспективой до 2040 г.» [9]. Цели, изложенные в проекте стратегии, были выдержаны, одна из них – внедрение водородных технологий в энергетике, обогащена теплоснабжением.Стратегия более подробно объясняет представленные в проекте идеи по созданию ко- и полигенерационных установок, которые позволили бы одновременно производить электроэнергию и тепло.

Министерство климата и окружающей среды вернется к стратегии в 2030 году, чтобы оценить ее реализацию. Для оценки будет использоваться список ключевых показателей, который включает в себя, среди прочего, такие элементы, как ожидаемая мощность водородной установки или количество станций. После оценки на основе состояния рынка водорода и новых технологий можно будет создать план развития экономики этого топлива после 2030 года.В стратегии подчеркивается, насколько динамично развиваются возобновляемые источники энергии и какое влияние это может оказать на рынок водорода. По прогнозам, в связи с ростом интереса к этому топливу и расширением возобновляемых источников энергии затраты на производство водорода электролизом с использованием энергии возобновляемых источников в ближайшие годы будут снижаться. С 2033 года, т.е. с вводом в эксплуатацию первой атомной электростанции в Польше, благодаря установленным электролизерам можно будет обогатить производство водорода еще одним экологически чистым источником энергии.

Соглашение по водороду

В июле 2020 года в Министерстве климата было подписано письмо о намерениях [5] о создании партнерства для построения водородной экономики и заключении водородного отраслевого соглашения. Из содержания письма следует, что такое соглашение будет работать на благо:

  1. построение цепочки создания стоимости для низкоуглеродных водородных технологий;
  2. для развития сильных национальных и местных компетенций в производстве ключевых компонентов в цепочке создания стоимости водородной технологии;
  3. на разработку экологически чистого транспорта на основе водорода;
  4. для освоения водорода в отраслях экономики, где трудно достичь климатической нейтральности 90 109
  5. 90 123

    и это приведет к развитию:

    90 106
  6. установки для производства водорода из возобновляемых источников;
  7. сети распределения водорода, включая строительство трубопровода распределения водорода;
  8. 90 019 90 108 хранилища водорода;
  9. инфраструктура заправки водородом для транспортных целей;
  10. производство топливных элементов, используемых в энергетике и отоплении; транспорт и другие отрасли экономики.

Развитие водородной экономики в Польше необходимо для того, чтобы иметь возможность сотрудничать в партнерстве с другими странами Европейского Союза. Реализация вышеуказанных целей позволит Польше ограничить импорт зеленого водорода из других стран, что будет означать большую прибыль, большую независимость и энергетическую безопасность.

Проблемы развития водородной экономики

Одной из важнейших проблем, ограничивающих стремительное развитие водородной экономики, являются затраты, которые каждая страна должна вкладывать в ее развитие.Одним из важных элементов, необходимых при планировании деятельности, является модернизация существующей газовой инфраструктуры, ведь после производства водорода его необходимо транспортировать к месту назначения. В мире их всего 4,5 тысячи. км сетей передачи, предназначенных только для водорода, поскольку более дешевым решением для транспортировки водорода является его отправка через существующую газовую инфраструктуру вместе с газом. Хотя в Польше имеется разветвленная сеть газопроводов, большинство трубопроводов в стране старые и не могут передавать водород.Также необходимо создать оффшорные ветропарки, которые, производя энергию с зелеными сертификатами, будут участвовать в создании зеленого водорода. Из-за его воспламеняемости и взрывоопасности водород также трудно хранить. Лучший способ его хранения — загнать в подземные соляные пещеры. Это камеры, которые из-за вязкости и эластичности соли очень герметичны и используются для хранения газа, нефти и топлива. По объему рабочего газа, который можно в них хранить, Польша занимает четвертое место в Европе, что, несомненно, является преимуществом.Также необходимо создать сеть заправок по всей стране. В 2021 году должны быть построены первые две станции: первая в Варшаве и вторая в Гданьске.

Сводка

Есть много признаков того, что водород, в частности зеленый, станет топливом будущего. Также стоит обратить внимание на потенциал фиолетового водорода, который получают ученые из США. Можно предположить, что к 2050 году мы будем использовать его во многих аспектах нашей повседневной жизни, что будет зримо способствовать улучшению состояния окружающей среды и достижению климатической нейтральности.


[1] Сообщение Комиссии Европейскому парламенту, Европейскому совету, Совету, Европейскому экономическому и социальному комитету, Комитету регионов и Европейскому инвестиционному банку «Чистая планета для всех. Европейское долгосрочное стратегическое видение процветающей, современной, конкурентоспособной и климатически нейтральной экономики "COM/2018/773 final
https://eur-lex.europa.eu/legal-content/PL/TXT/PDF/?uri= CELEX: 52018DC0773 и от = EN [доступ: 2020-12-17]

[2] Ст.9е. Закон от 4 марта 2005 г. о внесении изменений в Закон об энергетике и Закон об охране окружающей среды (Вестник законов от 2005 г., № 62, поз. 552) гласит:

  1. Подтверждением производства электроэнергии из возобновляемого источника энергии является сертификат происхождения этой энергии, именуемый в дальнейшем «сертификат происхождения».
  2. Сертификат происхождения включает, в частности:

1) наименование и адрес энергетической компании, занимающейся производством электроэнергии из возобновляемого источника энергии;

2) определение местонахождения, типа и мощности возобновляемого источника энергии, на котором произведена электроэнергия;

3) данные об объеме электроэнергии, на которую распространяется сертификат происхождения и вырабатывается на конкретном возобновляемом источнике энергии;

4) уточнение периода, в котором произведена электроэнергия, с учетом разделения на календарные кварталы.
http://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/download.xsp/WDU20050620552/T/D20050552L.pdf [доступ: 17.12.2020]

[3] Сообщение Комиссии Европейскому парламенту, Совету Европейского экономического и социального комитета и Комитету регионов «Водородная стратегия для климатически нейтральной Европы» COM/2020/301 final
https://eur -lex.europa.eu/legal-content/PL/TXT/PDF/?uri=CELEX: 52020DC0301&qid=1606389529159&from=EN [доступ: 2020-12-17]

[4] Программа Европейского центра ускорения зеленого водорода (EGHAC)
https: // bc.innoenergy.com/eghac/ [доступ: 2020-12-17]

[5] Письмо о намерениях по созданию партнерства для построения водородной экономики и заключению отраслевого водородного соглашения
https://www.gov.pl/attachment/ebf105f5-babb-4ae9-9251-47fe7186e73f [доступ: 2020-12 -17]

[6] Польский экономический институт «Еженедельный экономический PIE 19 ноября 2020 г.» 46/2020 https://pie.net.pl/wp-content/uploads/2020/11/Tygodnik-Gospodarczy-PIE_46-2020.pdf [доступ: 07.09.2021]

[7] Проект «Польская водородная стратегия до 2030 года с перспективой до 2040 года."Https://www.gov.pl/web/klimat/rozpoczely-sie-konsultacje-publiczne-projektu-polskiej-strategii-wodorowej [доступ: 07.09.2021]

[8] Стратегия «Энергетическая политика Польши до 2040 года» https://www.gov.pl/web/klimat/polityka-energetyczna-polski-do-2040-r-przyjeta-przez-rade-ministrow [доступ: 07.09.2021]

[9] «Польская водородная стратегия до 2030 г. с перспективой до 2040 г.» https://www.gov.pl/web/klimat/polska-strategia-wodorowa-do-roku-2030 [доступ: 20.01.2022]

.

Наши химики разрабатывают специальный катализатор для производства

водородного топлива

Как получить топливо из воды? Как генерировать энергию в топливных элементах? Что сделать, чтобы водородный привод стал еще эффективнее? доктор хаб. англ. Бартломей Шия с факультета химии и технологии топлива Вроцлавского университета науки и технологий.

Группа ученых из Польши, Нидерландов и Испании изучает процессы, происходящие в катализаторе для производства водородного топлива.Используя передовые методы вычислительной химии, они ищут наиболее эффективный метод извлечения водорода из воды.

— Говорят, что водород — это топливо будущего, хотя на самом деле автомобили, работающие на водородном топливе, работают, среди прочего, в Японии. В Европе нет слишком развитой инфраструктуры, например заправок, ближайшая в Берлине, — поясняет доктор. англ. Бартломей Шия , проф. университеты. Он добавляет, что водород как топливо очень полезен для окружающей среды.При его сгорании не образуются загрязняющие вещества, такие как углекислый газ. Единственным побочным продуктом процесса горения является вода.

Проблема, однако, заключается в источнике водорода - в настоящее время его в основном получают при переработке сырой нефти, где побочным продуктом является двуокись углерода. «Чистая» технология получения такого топлива известна давно — воду можно расщепить с помощью энергии света или электричества при условии, что она поступает из возобновляемых источников.

Красиво, но…

- Водородное топливо с нулевым уровнем выбросов. Как бы мы ни пытались использовать это топливо, оно не получит C0 90 018 2 . Реакция горения H 2 и 0 2 всегда дает H 2 0. Более чистого топлива больше нет, - объясняет ученый. Однако он подчеркивает, что главная проблема, которую пытается решить мир науки и техники, — это хранение водорода.

— водород — самый маленький из возможных атомов. Молекула H 2 настолько мала, что может проникать сквозь стенки цилиндра, в котором мы пытаемся ее хранить, — объясняет проф.Шея. Решение состоит в том, чтобы не строить резервуар с более толстыми стенками, потому что тогда он будет слишком тяжелым и, следовательно, очень непрактичным. Поэтому продолжается поиск других возможностей — например, хранения водорода не в виде сжатого газа, а в виде химических соединений, например гидридов металлов.

Еще одна трудность заключается в том, что эффективность сгорания водорода в двигателе, как правило, низкая и приспосабливать имеющиеся на рынке автомобильные двигатели под этот вид топлива невыгодно.- Альтернативой с гораздо большей эффективностью являются топливные элементы, - объясняет химик из Вроцлавского университета науки и технологий. — Например, одна из миссий «Аполлон» использовала эту технологию во время космических полетов. Благодаря использованию топливного элемента, работающего на водороде, транспортное средство питалось энергией, а у космонавтов была питьевая вода.

Почему катализатор?

Водородные автомобили используют несколько иные топливные элементы, чем миссии Аполлона, но работают по тому же принципу. В них нет прямой реакции горения, т.е. водород не смешивается с кислородом.Вместо этого используется катализатор, который заставляет молекулу водорода диссоциировать, то есть разделяться на атомы. Протоны — ядра атома водорода — проходят через электролит, а электроны — через проводник, благодаря чему в системе протекает ток. На другой стороне клетки вступает в реакцию водородно-кислородная комбинация.

- Проще говоря, стандартный двигатель внутреннего сгорания работает за счет накопления энергии в химических молекулах. Сгорание (окисление) создает тепло, тепло расширяет газ в цилиндре, который, в свою очередь, приводит в движение поршень и преобразует его в механическую энергию, которая позволяет автомобилю двигаться.В случае с водородным топливным элементом мы напрямую вырабатываем электричество, которое приводит в движение транспортное средство, — объясняет химик из Вроцлавского университета науки и технологий.

Международная группа ученых совместно с проф. Бартломей Шия и д-р Агата Подсядлы-Пашковска из Вроцлавского университета науки и технологий работали над таким фотокатализатором, в котором под действием солнечного света могла бы происходить реакция образования водорода из воды. Ультрафиолетовый свет, более энергичный и гораздо лучше подходящий для этой цели, достаточно эффективно фильтруется земной атмосферой.

Помимо Политехнического института, в состав консорциума вошли исследовательские группы из Голландского института фундаментальных энергетических исследований в Эйндховене (Нидерланды), Университета Пабло де Олавиде из Севильи (Испания) и Технического университета Делфта (Нидерланды). Исследование координирует Эйндховенский институт. Проект финансируется Европейским союзом и Национальным научным центром.

Многомасштабное моделирование

проф. Бартломей Шия: В нашей системе мы получаем водород из воды. К сожалению, мы не в состоянии создать вечный двигатель, в котором у нас есть водород, из которого мы берем энергию, из которого получается вода, а потом из него снова создается водород.Это невозможно, мы должны откуда-то получить энергию, чтобы «обратить» реакцию. Речь идет о солнечной энергии, энергии ветра или ядерной энергии, т.е. энергии, которая не производит углекислый газ как побочный продукт. Чтобы использовать эту энергию максимально эффективно, необходим катализатор. Мы стремимся к тому, чтобы катализатор требовал минимально возможных перенапряжений, что сведет к минимуму потери энергии.

Ученый подчеркивает, что их проект был полностью теоретическим, потому что это и было целью исследования.Ученые опирались на методы вычислительной химии. Они моделировали химические явления, на основании чего могли определить те или иные параметры процесса, химический состав катализатора или роль различных добавок. Они проводили расчеты в различных масштабах, начиная от квантовой химии (на уровне одной молекулы воды) и заканчивая непрерывной моделью системы.

- Инновационный подход заключается в том, что мы попытались совместить эти шкалы. Эффект очень многообещающий, но мы не будем подавать заявку на патент, потому что запатентовать молекулу воды невозможно, — смеется ученый из Вроцлавского университета науки и технологий.Результаты исследования доступны другим ученым в формуле открытого доступа. Также есть три публикации, связанные с проектом:

  • Помощь соседу: как легирование кобальтом изменяет электрокаталитические свойства гематита, Бартломей М. Шия и Агата Подсядлы-Пашковска, J. ​​Phys.Chem. Письма 2020, 11, 11, 4402–4407,
  • Настройка свойств поверхности гематита (110) для повышения его эффективности в фотоэлектрохимии, А. Подсядлы-Пашковска, И. Транка, Б.М. Шея, Дж.физ.хим. С., 2019, 123, 5401-5410,
  • О разработке моделей для точного описания границы раздела вода-гематит, Хуан Хосе Гутьеррес-Севильяно, Агата Подсядлы-Пашковска, Бартломей М. Шия, София Калеро, Прикладная наука о поверхности, 2021, 560, 149884.
Нулевой уровень выбросов во времени

— Вы можете продолжить наши исследования или использовать их для разработки устройства на основе водородного топлива, — говорит проф. Шея. Он добавляет, что топливные элементы (не только основанные на водороде) — очень перспективная тема.В Польше его исследованиями занимается несколько научных центров.

- Эта технология будет развиваться, поэтому наши катализаторы станут важным элементом, необходимым для крупномасштабного производства водородного топлива. Так что у нас идеальное время для таких исследований. Тем более, что вопрос нулевой эмиссии очень актуален, - подчеркивает он.

Благодаря этому проекту Вроцлавский университет науки и технологий стал частью международной структуры COST (Европейское сотрудничество в области науки и технологий). В нем принимают участие несколько десятков установок со всего мира, которые работают над получением водорода различными методами.

Ивона Зайнер

.

проф. Марек Бжежански: Водород – топливо будущего

- Когда мы присоединились к программе электромобилей, у нас ничего не было. У нас нет завода по производству аккумуляторов, у нас нет месторождений лития или кобальта, у нас нет автомобилей. Иначе обстоит дело с водородом. Мы крупный производитель. У нас есть опыт подачи водорода в поршневые двигатели, — говорит проф. доктор хаб. англ. Марек Бжежански, заведующий кафедрой автотранспорта Факультета машиностроения Краковского технического университета.

Профессор. На чем мы будем ездить через 20 лет?

проф. Марек Бжежанский: Этот простой вопрос — самый сложный вопрос, на который я не знаю простого ответа. В настоящий момент на транспортном рынке происходят радикальные изменения. До конца 1960-х годов единственной целью всей автомобильной промышленности было производство как можно большего количества транспортных средств. Никто не заботился о таких вещах, как воздействие на окружающую среду, эффективность преобразования энергии или доступность сырья.

Главной целью было иметь собственный транспорт. Неудивительно, ведь все развитие нашей цивилизации основано на развитии транспорта. Первыми до этого додумались американцы, и они увидели, что без удобных путей сообщения и возможности путешествовать не может быть и речи о достижении экономического успеха. Еще до того, как они развили массовую автомобилизацию, они начали строить широкие межгосударственные пути сообщения. К этому добавился феномен Генри Форда, который за первые 20 лет 20-го века произвел 15 миллионов автомобилей.

Это дало людям возможность быть мобильными и поддерживать экономический бум.

Проблемы, связанные с автомобильной промышленностью, впервые были рассмотрены в 1960-х и 1970-х годах. Это было сделано в развитых странах. Отмечено отсутствие парковочных мест, большое количество автотранспорта и загрязнение окружающей среды.

проф. Марек Бжежанский.

В автомобильной промышленности каждое изменение эволюционно

Это было также время нефтяного кризиса.

Да.В 1970-х годах арабские страны сократили экспорт нефти, и мир понял, что дело идет не в том направлении. С тех пор основными факторами, определяющими развитие автомобилестроения, стали воздействие на природную среду и эффективность преобразования энергии. В последние несколько лет мы имеем кумулятивный эффект от этих действий. Сегодня комфорт пассажиров уже не важен. Гораздо важнее, насколько эффективно преобразуется энергия.

Также есть технологические изменения и новые диски. «Большой скачок» может быть не совсем то слово для этого…

Это не так.В таком секторе, как автомобильная промышленность, каждое изменение носит эволюционный характер, и о внезапном скачке не может быть и речи. Причина в том, что ступенчатое изменение потребовало бы остановки всей экономики и одновременной замены всех видов транспорта. Это явно невыполнимо.

Таким образом, мы должны подготовиться к определенному переходному периоду, когда тепловые двигатели будут продолжать использоваться. Но в критических точках, которыми являются крупные городские агломерации, нам приходится относительно быстро внедрять экологически безопасные транспортные решения.

Я говорю не только об электромобилях, потому что они не совсем экологичны. Мы должны искать транспортные решения, снижающие вредное воздействие транспорта на окружающую среду.

Не совсем экологическая "электрика"

Вы говорите, что так называемая "электрика" не совсем экологична. Что вы имеете в виду, профессор? Тем не менее, они рассматриваются как зеленая альтернатива.

Очень поверхностный взгляд и бесстрастное повторение стереотипов.Конечно, если у меня есть 100-процентная энергия. полученную из возобновляемых источников и я смогу хранить и перерабатывать эту энергию в транспортных средствах, то я могу согласиться с тем, что она «чиста» и не должна влиять на изменения на нашей планете. Однако на данный момент в мире нет страны, которая использовала бы его на 100 процентов. чистая, возобновляемая энергия. Давайте посмотрим на польский энергетический баланс. Сегодня около 20 процентов энергии поступает из возобновляемых источников.

Откуда остальное? От сжигания ископаемого топлива.Это перенос источника излучения.

Барьер для сырья

Одно сомнение в отношении электромобилей. Есть и второй. Сырье и влияние производства этих автомобилей на окружающую среду.

Это отдельная проблема. На данный момент основным источником энергии в электромобилях являются литий-ионные аккумуляторы. В них используются элементы, крайне редкие на Земле. А сейчас монополизированы несколькими странами...

В основном Китай.

Китай, но и США. Страны, приложившие руку к этим источникам. И начинается диктат монополий на транспортном рынке. Поэтому в редакции, в которой мы сегодня имеем дело с электромобильностью и если ничего не изменится, мы на пути в никуда. В какой-то момент мы снова столкнемся с сырьевыми барьерами — в основном это литий и кобальт.

Тогда мы столкнемся с геополитическими проблемами.

Наверное, мы уже остановились. Мы просто этого не осознаем.Насколько велик сырьевой барьер для развития электромобилей. Насколько серьезно это дело?

Серьёзно. И она будет увеличиваться, пока мы не найдем альтернативный источник энергии. Тот, который будет использовать не только эти редкие элементы.

Должен быть прорыв в области накопления энергии в автомобиле.

Если технология не изменится, мы пойдем к стене?

Я большой сторонник внедрения электромобилей в местах, где остро стоит проблема воздействия на окружающую среду.Я имею в виду в основном крупнейшие агломерации мира. Но вместе с этим возникают новые проблемы. Во-первых, наличие инфраструктуры.

Обратите внимание, электромобильность развивается в основном в богатых странах, где большая часть населения проживает в собственных домах и имеет доступ к собственным системам зарядки аккумуляторов.

Однако я не могу себе представить, что, например, в крупнейших азиатских агломерациях мы сможем справиться с передачей энергии. Линии электропередач придется строить с нуля.

Или ограничить подвижность.

"Нам необходимо снизить энергоемкость транспорта"

Но Китай, похоже, движется в этом направлении.

Пожалуйста, помните, что Китай – это страна, где современность зарождалась 20 или 30 лет назад. В результате крупнейшие агломерации этой страны имеют новую инфраструктуру. А вот, например, Европа, где постройки многих городов относятся к Средневековью? Не может быть и речи о создании цепочки электроснабжения, охватывающей крупнейшие города континента.

Каким Вы видите развитие транспорта в этих агломерациях?

В первую очередь необходимо снизить энергопотребление транспорта.

Как?

Может быть, я человек несколько старшего поколения, выросший на основе наибольшего развития моторизации с тепловыми двигателями, но я вижу опасности. В крупных городских агломерациях необходимо развивать общественный транспорт. В этом нет никаких сомнений.

Во-первых, не хватает места.Во-вторых, проблема состоит в том, чтобы обеспечить нужное количество энергии. Однако междугородний транспорт, профессиональный, тяжеловесный – на данный момент у нас нет простой альтернативы этому виду транспорта. И я убежден, что дизельный двигатель на долгие годы станет основой большегрузной, строительной техники и морского транспорта.

Я не могу себе представить, что такие экономические державы, как США, Россия, Австралия или Китай, в ближайшее время перейдут с тяжелого транспорта на электропривод.

В настоящее время это технически невозможно.

проф. Марек Бжежански говорит, что водород — это топливо будущего. Фото Шаттерсток.

Водород – топливо будущего

Как насчет водорода?

Я активно занимался вопросами, связанными с использованием водорода в транспортных целях. На мой взгляд, это энергоноситель будущего на транспорте. Первый аргумент в пользу этого заключается в том, что у нас больше всего водорода в мире.

Он связан с водой, и у нас есть большие технические проблемы, чтобы восстановить его дешево. Но уже есть решения, которые показывают, что это будет выгодно. Второй момент заключается в том, что водород фактически является единственным топливом для клеток.

А это тоже электроприводы. Обычно, когда мы говорим о таком приводе, имеем в виду автомобили с аккумуляторами. Но транспортное средство на водородных элементах тоже электрическое. Я вижу здесь большое будущее. Он очень хорошо показывает себя в том аспекте, что топливные элементы пригодны для вождения большегрузного транспорта, строительной техники, кораблей и поездов.У них гораздо больше применений, чем у аккумуляторного накопителя. Я не могу себе представить, чтобы грузовик, выполняющий международные перевозки, питался от электрической батареи.

На нынешнем этапе развития аккумуляторов это неразумно и неразумно.

Есть еще вопрос экологии. Аккумуляторы для тяжелой техники должны быть соответственно больше, а запасы лития не безграничны.

И тут же возникает геополитическая проблема.

О чем это?

Сырье, необходимое для производства батарей, сконцентрировано в руках нескольких стран.Это будет экономический диктат. И мы можем производить водород где угодно. Глобально.

Toyota Mirai — один из первых легковых автомобилей на рынке, использующий водород в качестве топлива. На фото показан ее топливный элемент. Каролис Каволелис / Shutterstock.com.

"Сейчас во всем мире ведутся интенсивные исследования"

Существуют ли ресурсные барьеры, когда речь идет о водороде?

Их можно найти, когда речь идет о производстве топливных элементов. Там каталитические материалы нужны - в основном платина.Это стратегический ресурс с ограниченными ресурсами.

Это может стать политическим вопросом.

Но ведутся ли работы по замене платины в элементах?

В настоящий момент во всем мире ведутся интенсивные исследования. Над ним работают крупнейшие мировые лаборатории. Если удастся преодолеть технологический барьер и обойти определенные патенты, то топливный элемент может стать настоящим преемником тепловой машины.

Двигатель, на котором развивалась наша цивилизация.

Что лучше для окружающей среды - аккумулятор или водород?

Для производства батарей нам нужны два стратегических элемента, которые обычно отсутствуют. Я имею в виду литий и кобальт. Кроме того, конструкция современных аккумуляторов защищена множеством патентов, превзойти которые невозможно. Существуют потери энергии, связанные с зарядкой и разрядкой аккумулятора. Тот, кто заряжал смартфон, знает, что нагревается и телефон, и зарядное устройство.

А появление тепла означает потери энергии.В транспортных средствах они значительны.

Однако в случае с топливными элементами проблема заключается в ряде патентов, регулирующих их производство. Узким местом являются каталитические мембраны, составляющие суть работы клетки. У нас еще полно воды. Других угроз я здесь не вижу.

Польская стратегия развития водородной экономики

Вы сказали, что водород является энергоносителем будущего. Мы видим это в Польше?

Мы видим.Например, в наших лабораториях студенты могут узнать, как работают топливные элементы. Но также несколько недель назад было подписано соглашение о водороде с более чем 100 исследовательскими и академическими подразделениями. Мы пытаемся создать собственную польскую стратегию развития водородной экономики. Какие эффекты это принесет? Я не знаю.

Но я надеюсь гораздо больше, чем знаменитый электромобиль, который не получился.

Вероятно, здесь у нас есть большой потенциал. «Водородная» гонка только начинается.

Когда мы присоединились к электромобилям, у нас ничего не было. У нас нет завода по производству аккумуляторов, у нас нет месторождений лития или кобальта, у нас нет автомобилей. Иначе обстоит дело с водородом. Мы крупный производитель. Имеем опыт подачи водорода в поршневые двигатели.

Это начальный этап, но есть отправная точка.

Читайте также: Первая водородная долина в Подкарпатье. 800 млн евро инвестиций

Зарядная станция для электромобилей. ФотоШаттерсток.

Польский электромобиль - обреченный на провал проект с нуля

Вы думаете, что польский электромобиль может быть водородным?

Мне очень не нравятся слова польский электромобиль.

Почему?

На данный момент национальной промышленности нет. Это глобальное явление. Что такое польский в польском электромобиле? Ведь у нас нет завода по производству аккумуляторов. Мы должны купить их…

Имя.

Возможно пластиковая форма, системы управления и некоторые компоненты, которые мы производим для «традиционного» автомобилестроения.

Я спрашиваю об этом, потому что мне интересно, где мы находимся и можем ли мы действительно извлечь выгоду из участия в этой гонке?

Редактор, это дело. Это планы, которые были обречены на провал на пустом месте. Я участвовал в первых нескольких заседаниях программы электромобильности. Когда я услышал, какие идеи есть у некоторых участников этой программы и какие у них знания, я решил, что не подхожу для этой компании.Они понятия не имели, что такое электромобильность. Я слышал утверждения, что нужно просто убрать машину с улицы, выбросить двигатель и бензобак, вставить аккумулятор и электродвигатель, и машина едет. Люди совершенно не осведомлены о конструкции самонесущего тела, нагрузках, аспектах безопасности. От стабильности движения. Когда я услышал заявления некомпетентных участников этой программы, я пришел к выводу, что меня не будет в этой группе.

Но мы говорим о группе профессионалов, создавших важную программу?

Часто бывает так, что профессионалы рождаются, когда приходят деньги.

Тот же водород

Часто можно услышать, что водород — это круто, но мы все равно используем для его производства углерод. Как это?

В основном мы производим серый водород. Его получают из синтез-газа, получаемого из каменного угля. Есть синий водород, извлеченный из природного газа. И это неэкологичные виды топлива, потому что они производят выбросы углекислого газа. Но есть еще фиолетовый водород, полученный с помощью атомной энергии, и здесь сложно сказать, экологический он или нет.И зеленый водород, полученный из возобновляемых источников. Во всех случаях это один и тот же водород, но он отличается тем, как мы его получаем.

Читайте также: Зеленый водород — будущее энергетики? Он может использовать излишки от РЭС

Я вижу, что Профессор возлагает больше надежд на водород, чем на батареи.

Да, но это все еще ползает. У меня была возможность принять участие в первых в Польше эксплуатационных испытаниях автомобиля на топливных элементах.Но что интересно, эти польские испытания проводились в Берлине, потому что к нему ближе всех расположены водородные заправочные станции. Я сам проехал на этой машине несколько сотен километров.

Топливный элемент на практике

Как он работает?

Обычный. Как и любая компактная машина. Мы заправляли топливо на всех водородных заправках в Берлине, потому что хотели посмотреть, как это решают разные компании. Интересно, что на некоторых станциях колонка для заправки водородом располагалась отдельно.И некоторые из них имели доступ к заправочным колонкам с бензином, дизельным топливом, природным газом и водородом, расположенными рядом друг с другом.

Полностью заправиться за пять минут без проблем. Мы ездили по городу, чтобы проверить, как ведет себя в нем машина. Проблем с вентиляцией, обогревом, производительностью нет. Позже мы выехали на шоссе. Я прижал газ к сиденью. И несколько километров мы ехали с максимальной скоростью 180 км в час. Самым большим преимуществом электрики является то, что они используют рекуперированную энергию торможения.Я хотел посмотреть, справится ли топливный элемент с такой поездкой с максимальной нагрузкой и без этой дополнительной поддержки.

Проблем не было.

Итак, инфраструктура практически готова. Просто модифицировать заправочные станции?

Конечно.

Только небольшие электромобили

Стоит ли инвестировать в развитие электромобильности?

На мой взгляд, да. Дело очень актуальное, так как в крупных городских агломерациях проблема транспортных выбросов становится все более серьезной.В частности, выбросы твердых частиц и оксидов азота представляют серьезную угрозу для здоровья. На мой взгляд, в это нужно вкладываться, но только в малолитражки. Их используют для городских нужд. Например, Fiat 500 или Nissan Leaf. Но, например, Tesla S или Porsche Taycan являются носителями технологий. Гаджет для богатых.

Почему только маленькие?

Такие автомобили редко имеют маршрут протяженностью более 100 километров в день. Достаточно одного заряда аккумулятора.Этот тип автомобиля загружается относительно быстро. Обратите внимание, что электромобильность развивается в основном в богатых странах, где люди живут в собственных домах. Обычный работник, живущий в многоквартирном доме, не может зарядить аккумулятор на работе. Ее тоже нет дома, потому что ее даже под многоквартирный дом поставить сложно. И, пожалуйста, помните, что даже если он найдет зарядный столб, он может стоять под ним только до тех пор, пока аккумулятор не будет полностью заряжен.

Ноябрь.Холодно, идет дождь, а в 2:30 приходит сообщение, что ваша машина загружена и вам нужно ее забрать. Вы наденьте галоши, пальто и застегните его, чтобы взять, а то это проступок.

Давайте поговорим как здравомыслящие люди

Об этом мало говорят. Наверное, подавившись новым.

Я это понимаю, потому что это нужно популяризировать и не унывать людей.

Но вы можете поощрить с разумом и уважением к интеллекту получателя.

Поэтому мы говорим как разумные люди.Например, когда я слышу заявления правительств о том, что они не будут разрешать новые автомобили с какого-то года, я думаю, что это чисто политические заявления. Вы знаете, что сделает это решение? Будет управлять стрелой для подержанных автомобилей с тепловыми двигателями.

Читайте также: Противоположная ситуация на рынке предсказывает Марчин Королец, согласно которому Польшу могут наводнить "полубесплатные" автомобили внутреннего сгорания с Запада.

Я тоже так думаю. И мне интересно, как это будет сделано.В этом есть негласное предположение, что доступно неограниченное количество электромобилей. Вы идете в магазин и покупаете его как пачку чипсов. Это совсем не так. И это будет не скоро.

Как только они исчезнут. Во-вторых, они в настоящее время примерно на 40 процентов дороже. Обычные люди не будут покупать это. И дело в том, что если за одну ночь все пересядут на электромобили, то энергосистема не выдержит. И я не про нашу сеть, а про богатейшие страны.

На мой взгляд это невозможно сделать в короткие сроки.

Если не водород, то какое еще топливо?

И есть ли что-нибудь еще на горизонте? Кроме батарей и водорода?

К сожалению, нет. Это еще не все разработки поршневых двигателей внутреннего сгорания и новых видов топлива, но это только дополнение. Надо ждать прорыва в области электромобильности. Это может быть, например, изобретение быстрозаряжаемого источника электроэнергии с высоким КПД.Что-то вроде конденсатора, способного за короткое время поглотить большое количество электричества и отдать его.

Или разработка нового топливного элемента. Эффективнее и дешевле в производстве.

Ждем. И тогда мы увидим, в каком направлении пойдет развитие транспорта.

***

проф. Марек Бжежанский - польский инженер, проф. доктор хаб. англ.; профессор Краковского технического университета. С 2013 по 2020 год был директором Института автомобилей и двигателей внутреннего сгорания Краковского политехнического университета.В настоящее время он является заведующим кафедрой автотранспортных средств машиностроительного факультета Краковского технического университета.

.

Смотрите также

     ico 3M  ico armolan  ico suntek  ico llumar ico nexfil ico suncontrol jj rrmt aswf