Vehiculele cu baterii de hidrogen au fost deja comercializate de companii precum Hyundai, Honda și Toyota, precum și alte câteva companii chineze. Dar transportul este departe de singura direcție a energiei hidrogenului.
De-a lungul știrilor de ultimă generație din ultimii ani despre „plăci solare” în miniatură, despre uriașe turbine eoliene offshore, despre stocarea subterană de CO2, despre dispozitivele de stocare Tesla și alte încântări ale Energiewende (tranziția energetică), nu este încă foarte inteligibil, dar zvonul îndepărtat al unei noi furtuni a tuturor furnizorilor de petrol tradiționali este deja auzit. electricitate și gaz. Această furtună poate trece în depărtare sau poate distruge întreaga afacere tradițională a gigantilor energetici și, în același timp, economiile țărilor care exportă hidrocarburi sau poate deveni o ploaie plină de viață, susținând apariția noii economii.
Acest nou atac este doar elementul cel mai des întâlnit în univers. Hidrogen. Câteva prognoze în jurul acestui element în treizeci de ani va exista o industrie cu o cifră de afaceri anuală de două trilioane de dolari și treizeci de milioane de locuri de muncă, care va putea scoate aproape 20% din combustibilii fosili din economia mondială.
Să încercăm să ne dăm seama care sunt șansele acestor scenarii.
De unde a venit?
De când Lavoisier a numit hidrogen acum două sute treizeci și cinci de ani, el a reușit să ocupe un loc proeminent în industrie. Hidrogenul este utilizat pentru a produce metanol, amoniac și margarină comestibilă, iar uleiul este prelucrat cu acesta. Este imposibil să „luați din natură” hidrogenul sub forma sa pură, deci alte substanțe trebuie procesate - principala metodă de producere a acestuia continuă să fie reformarea cu abur a hidrocarburilor. Lumea produce aproximativ șaizeci și cinci de milioane de tone de hidrogen într-un singur an (dacă comparăm: gazul natural este produs de aproape patruzeci de ori mai mult).
Am atras atenția asupra proprietăților speciale ale hidrogenului ca combustibil la mijlocul secolului trecut - căldura sa de combustie este de câteva ori mai mare decât cea a benzinei, a gazului natural sau a motorinei din aceeași masă și nu se generează emisii, ci doar vapori de apă. În Statele Unite, în 1970, au apărut publicații despre transferul de transport în combustibil cu hidrogen, în același timp termenul „economie de hidrogen” a devenit popular - aceasta este un fel de imagine a viitorului, în care orașele americane se îndepărtează complet de „economia hidrocarburilor”, hidrogenul este folosit ca combustibil pentru casele, mașinile, centralele electrice și energia este stocată cu hidrogen și produsă cu vânt și soare, acolo unde este nevoie. Cu alte cuvinte, economia de hidrogen se bazează pe hidrogen ca fiind cel mai ecologic și mai versatil purtător de energie care conectează energia termică,sectorul energiei electrice și al transporturilor. În curând, a venit criza petrolului, iar dezvoltarea transportului de hidrogen a primit o importanță mai mare. Astfel, de exemplu, în URSS, în anii 80, au apărut microbuze RAF „hidrogen”, o aeronavă bazată pe Tu-154 și un motor rachetă cu hidrogen pentru „Energia”. Soarta acestui proiect este de neconceput - de exemplu, a fost necesară cel puțin o treime din volumul utilizabil al habitaclului pentru alocarea rezervoarelor de combustibil din avion, ceea ce a afectat considerabil costul transportului. În avion, cel puțin o treime din volumul util al habitaclului a trebuit să fie alocat rezervoarelor de combustibil, ceea ce a afectat considerabil costul transportului. În avion, cel puțin o treime din volumul util al habitaclului a trebuit să fie alocat rezervoarelor de combustibil, ceea ce a afectat considerabil costul transportului.
Video promotional:
De ce nu a rezolvat încă?
Nu a existat nicio tranziție globală de transport la hidrogen în secolul XX - costul unui kilometru rulat pe hidrogen a fost mult mai mare decât la combustibilul convențional. Motivul principal este costul ridicat: producerea de hidrogen din hidrocarburi (reformarea aburului) sau apa (electroliză) necesită multă energie. În plus, reformarea cu abur a hidrocarburilor este însoțită de eliberarea unui gaz cu efect de seră - CO2, pentru a combate, printre altele, ideea transferului de transport în hidrogen. Producția de hidrogen folosind electroliză (descompunerea apei în oxigen și hidrogen folosind electricitate) s-a dovedit a fi chiar mai scumpă decât reforma cu abur și pentru a produce electricitatea necesară, a fost necesară arderea combustibilului cu toate emisiile. Toate acestea au redus puțin interesul inițial,iar economia hidrogenului în ansamblu, până la sfârșitul secolului XX, a rămas doar „imaginea viitorului”.
Ce s-a schimbat?
„Tranziția energetică” în industria energiei electrice globale a dus la dezvoltarea rapidă a energiei regenerabile în anii 2000 - 2010, în principal producția solară și eoliană. Costul acestor tehnologii este în continuă scădere (valoarea actuală a energiei electrice din producția solară și eoliană în Statele Unite, potrivit Lazard, a scăzut cu 70-80% în 2009-2016). Piața este în creștere rapidă (în 2016, conform IRENA, 71 GW de centrale solare fotovoltaice și 51 GW de centrale eoliene au fost puse în funcțiune în lume, iar în 2017, respectiv 90 și 40 GW, sunt așteptate să fie confirmate) - deci, În doar ultimii doi ani, în lume au fost puse în funcțiune mai multe capacități de generare eoliană și solară decât capacitatea totală a tuturor centralelor electrice ale Sistemului Energetic Unificat al Rusiei.
Investițiile anuale în sector se ridică la peste 250 de miliarde de dolari - de două ori mai mult decât investițiile în generarea de combustibili fosili. Înregistrările prețurilor la energia solară în Mexic, Dubai, Peru, Abu Dhabi, Chile, Arabia Saudită, energia eoliană în Brazilia, Canada, Germania, India, Mexic și Maroc a atins nivelul de aproximativ 1,7 ruble pe kWh (atunci când se compară: locuitorii din Moscova și din regiune plătesc de două până la trei ori mai mult pentru energie electrică în casele lor).
Agenția Internațională pentru Energie prevede că până în 2040, ponderea producției de energie electrică de la centralele solare și eoliene din lume va fi de la 13% la 34% (în 2016 - 5%). Este clar că ponderea acestor surse în unele regiuni va fi și mai mare.
Așadar, industria energiei electrice trece din ce în ce mai mult către surse de generare care sunt stocastice și depind de ora zilei și de condițiile climatice. Impactul fluctuațiilor generației la centralele eoliene și solare (când soarele încetează brusc să strălucească și vântul) asupra sistemului electric, dacă ponderea lor în regiune este mare, este comparabilă cu pornirea / oprirea haotică a unui CHP mare - de mai multe ori pe zi. Mai mult, uneori aceste stații generează mult mai mult decât au nevoie de toți consumatorii sistemului de energie electrică, iar apoi costul energiei electrice se dovedește a fi „negativ” - astfel de știri vin în mod regulat din Germania, de exemplu.
Am învățat cum să facem față acestor fluctuații prin crearea dispozitivelor de stocare a energiei care „se încarcă” în perioadele cu exces de energie și „se descarcă” în perioadele cu deficit energetic. Dacă în secolul al XX-lea rolul unor astfel de dispozitive de stocare a fost jucat doar de stațiile de stocare pompate, astăzi dispozitivele de stocare electrochimice se dezvoltă activ, cele mai cunoscute fiind proiectele „proaspete” ale Tesla în California și Australia. Navigant Research prevede o creștere a punerii în funcțiune anuală a capacității de stocare a surselor regenerabile de energie, de la aproximativ 2 GW în 2018 la 24 GW în 2026 - de douăsprezece ori în opt ani. Veniturile anuale pe această piață vor crește proporțional la 24 de miliarde de dolari până în 2026.
Necesitatea tot mai mare de stocare a energiei i-a făcut pe oameni să se gândească din nou la hidrogen.
Energie regenerabilă - la benzinării
A fost posibil să se producă hidrogen prin electroliză înainte, dar atunci a fost necesară utilizarea energiei centralelor termice tradiționale care ard combustibil. Atunci când vine vorba de surplus și energie electrică ieftină de la fermele solare și eoliene, fără emisii de CO2, de ce să nu-l transformăm în hidrogen, care poate fi folosit ca combustibil curat, de exemplu, pentru mașini? Mai mult, acest lucru va face posibilă abandonarea hidrocarburilor ca materii prime pentru producția de hidrogen. Multe companii inovatoare din Europa și din lume urmează exact această cale. ITM Power, cu sediul în Marea Britanie, participă la proiectul Hidme Mobility Europe (H2ME), care are ca scop lansarea unei rețele de douăzeci și nouă de stații de alimentare cu hidrogen în zece țări europene până în 2019.care va servi două sute de mașini cu celule de hidrogen și o sută douăzeci și cinci de camioane hibride. Nilsson Energy din Suedia este specializată în soluții izolate în rețea, care utilizează energia solară și eoliană pentru a genera și stoca hidrogen și pentru a o utiliza pentru a alimenta mașinile și clădirile electrice.
Vehiculele cu baterii de hidrogen au fost deja comercializate de Honda, Toyota, Hyundai și o serie de companii chineze. Viziunea țintă a consorțiului internațional Hydrogen Council, fondat la Davos în 2017 de cele mai mari companii din domeniul industriei sub președinția Toyota, este mai mult de 400 de milioane de autoturisme, 15-20 de milioane de camioane, 5 milioane de autobuze care circulă pe hidrogen până în 2050 (adică aproximativ 20-25% din total). 78% dintre conducătorii auto auto la nivel mondial chestionați de KPMG în 2017 consideră că astfel de vehicule vor reprezenta un progres în sectorul vehiculelor electrice, suprasolicitând mașinile cu baterii.
Dar transportul este departe de singura direcție.
Hidrogen în fiecare casă
Pile de combustie staționare (pile de combustibil) - o tehnologie în curs de dezvoltare dinamică care vă permite să primiți energie electrică și termică din hidrogen sau gaze naturale direct în zona casei sau la subsolul casei. Există o singură emisie atunci când se utilizează apă curată cu hidrogen, care poate fi utilizată pentru aer condiționat. Unitățile modulare compacte de dimensiunea unui frigider sunt absolut silențioase. Conform prognozei Navigant Research, capacitatea pilelor staționare va crește de la 500 MW în 2018 la 3000 MW în 2025.
Astfel de instalații sunt combinate cu surse regenerabile de energie, electrolizatori, unități de stocare a energiei și vă permit să creați surse de alimentare cu energie completă pentru gospodărie. Costul actual al energiei electrice din celulele de combustibil natural din Statele Unite, potrivit Lazard (106-167 USD pe MWh), este deja aproximativ egal cu indicatorii centralelor nucleare (112-183 dolari pe MWh) și cărbune (60-231 dolari pe MWh). și mai mică decât valoarea actuală a panourilor solare individuale pe acoperiș (187-319 USD pe MWh). În Japonia, datorită subvențiilor guvernamentale pe scară largă, au existat deja peste 120.000 de astfel de instalații în 2014, iar valorile țintă sunt peste 1 milion până în 2020 și peste 5 milioane până în 2030.
Deoarece tehnologiile devin mai ieftine (producția în masă, standardizarea) și își ating autosuficiența, guvernul japonez intenționează să înceapă introducerea celulelor de combustibil cu hidrogen - este de așteptat ca acest lucru să se întâmple până în 2030. Celulele de combustibil sunt, fără îndoială, cel mai important segment promițător al tehnologiilor energetice distribuite, al cărui potențial în Rusia, potrivit unui studiu recent realizat de Centrul Energetic al Școlii Skolkovo, este suficient pentru a acoperi cel puțin jumătate din necesitatea de a genera capacități până în 2035.
Power-to-Gas
Hidrogenul obținut din surse regenerabile de energie poate fi amestecat în rețelele de transport și distribuție a gazelor naturale. O astfel de stație funcționează la Frankfurt pe Main din 2014, adăugând până la 2% hidrogen la rețeaua locală de distribuție a gazelor (o astfel de limitare a conținutului de hidrogen face posibilă schimbarea nimic în rețele, nici la consumatori). Există mai multe obiecte similare în Germania, ele se găsesc și în Italia, Danemarca, Olanda. Uneori, hidrogenul este amestecat în biogaz, crescând valoarea sa.
În Marea Britanie, hidrogenul este considerat serios ca o modalitate de a reduce drastic emisiile din gospodării (85% din gospodăriile din țară ard gaz natural pentru încălzire). Pentru orașul Leeds, cu o populație de peste 780.000 de persoane, în 2017, a fost realizată o evaluare detaliată a nevoii de investiții pentru o conversie completă a sistemului de alimentare cu gaz în hidrogen - de la înlocuirea cazanelor la consumatori, la crearea instalațiilor de depozitare a hidrogenului și a unităților de reformare a aburului. Valoarea investiției este estimată la o sută șaizeci de miliarde de ruble. Acest proiect va fi extins la întreaga țară, mai ales că orașele britanice din secolul al XIX-lea și prima jumătate a secolului XX au folosit deja „gaz de oraș” artificial care conține până la 50% hidrogen. Între timp, companiile de gaze intenționează să crească treptat cota de hidrogen la 20%,evitarea reconstrucției la scară largă a rețelelor de gaz și a cazanelor la consumatori.
Începând cu 2013, companiile japoneze discută cu RusHydro posibilitatea creării unei fabrici de hidrogen în Extremul Orient rus folosind tehnologie de alimentare cu gaz pentru export. Calculele părții japoneze se bazează în principal pe utilizarea energiei electrice ieftine de la hidrocentrale. În cadrul unui acord semnat la Forumul Economic de Est în toamna lui 2017, Kawasaki Heavy Industries urmează să actualizeze studiul de fezabilitate pentru acest proiect. Pe măsură ce infrastructura din Orientul Îndepărtat se dezvoltă și costurile tehnologiilor de electroliză și logistică a hidrogenului scad, interesul pentru astfel de proiecte va crește, evident, doar. Având în vedere potențialul imens al energiei regenerabile în această regiune, se poate prezice aici apariția unor proiecte de export promițătoare.
Hidrogenul - integrator al chimiei și energiei gazelor
Dar cel mai impresionant proiect este acum în nordul Olandei. În această regiune, situată chiar deasupra câmpului de gaz din Groningen (cauza „bolii olandeze”), energia biogazului este în plină expansiune de câțiva ani. Deja în urmă cu cinci ani, mașinile circulau pe străzi pe gaz cu caneluri - biometan produs aici din deșeurile industriei agricole a regiunii cu o zonă de două Moscova. Nu este surprinzător faptul că aici, cu sprijinul Uniunii Europene, a fost lansat proiectul Chemport Europe în urmă cu un an, principalul obiectiv al acestuia fiind acela de a crea un grup de produse chimice pe bază de gaz care funcționează exclusiv pe resurse biologice locale și hidrogen cu emisii zero de CO2. Biomasa lemnoasă este procesată, carbohidrații formați în proces sunt folosiți în chimie. Electricitatea din turbinele eoliene offshore este transformată în hidrogen și oxigen de către electrolizi. Oxigenul și hidrogenul sunt utilizate în chimie, iar oxigenul este de asemenea implicat în gazificarea biomasei procesate de pe câmpurile locale de peste un milion de hectare. Gazificarea permite obținerea gazului sintetic - un amestec pur de hidrogen, CO2 și CO. Hidrogen pur din turbinele eoliene este de asemenea adăugat acolo. Din acest gaz se obțin acidul azotic, metanolul, etilena, propilena, butilena - substanțe care pot deplasa complet petrolul și gazul natural din pozițiile lor stabile ca materii prime pentru industria chimică.care pot deplasa complet petrolul și gazul natural din pozițiile lor stabile ca materii prime pentru industria chimică.care pot deplasa complet petrolul și gazul natural din pozițiile lor stabile ca materii prime pentru industria chimică.
Inițiatorii proiectului își declară dorința de a apropia costurile gazelor sintetice de costul gazelor naturale. Syngas poate fi trimis pentru lichefiere (bio-LNG), alimentat de vehicule și utilizat pentru alte nevoi clasice.
Investiția inițială în proiect este de 50 de milioane de euro, din care 15 milioane de euro sunt furnizate prin subvenții din partea Uniunii Europene.
Satul olimpic cu hidrogen
Un sat olimpic este construit la Tokyo pentru Olimpiada din 2020, care va primi până la 17.000 de invitați. Principala sursă de energie din sat va fi hidrogenul: mașini, benzinării, pile de combustibil, căldură și electricitate în case, gaz în sobe și cazane - toate acestea vor funcționa pe hidrogen.
Este totul atât de tulbure?
Printre scepticii energiei pe bază de hidrogen sunt nu numai conservatorii, ci și, de exemplu, Elon Musk (deși are, desigur, un conflict de interese: bateriile cu litiu-ion Tesla sunt un concurent direct la tehnologia power-to-gaz). Acesta indică pericolele de manipulare a hidrogenului în timpul depozitării: scurgerile sunt aproape imposibil de detectat și există potențialul formării unui amestec exploziv. Unii locuitori din Tokyo și-au exprimat îngrijorari similare. Dacă se poate rezolva eficient și ieftin aceste probleme pe fundalul dezvoltării tehnologiilor concurente, va spune timpul. Între timp, stațiile de alimentare cu hidrogen continuă să apară în centrele capitalelor mondiale.
Pariurile au fost deja plasate
Până în prezent, investițiile globale în energie hidrogenă sunt estimate la aproximativ 0,85-1,4 miliarde de euro pe an, conform diferitelor estimări. Consorțiul Consiliului pentru hidrogen intenționează să investească 13 miliarde de dolari pe parcursul a cinci ani în rețele de stații de alimentare cu hidrogen și mașini cu hidrogen. Potrivit Departamentului pentru Energie al SUA, sectorul de pile de combustie angajează deja 16.000 de persoane (cu un potențial de creștere de până la 200.000), iar sprijinul financiar din bugetul guvernului american a fost de aproximativ 100 de milioane de dolari pe an de mulți ani. Câteva zeci de companii, centre de cercetare și universități din întreaga lume lucrează pentru a reduce costurile tehnologiilor pe bază de hidrogen, în special, scopul este de a reduce costul producției de hidrogen prin electroliză de la 11,5 USD la 5,7 USD pe kilogram,precum și reducerea costurilor cu celulele de combustibil (de trei până la cinci ori) și stocarea hidrogenului (de două până la trei ori). Evident, atunci când aceste obiective sunt atinse, „economia hidrogenului” va fi mult mai aproape de noi decât se poate imagina acum.
Cum va afecta acest lucru pe piețele globale de petrol și gaze? Ce va însemna asta pentru economia rusă? Cum ne găsim locul în lumea economiei hidrogenului? Toate acestea sunt întrebări, răspunsurile la care trebuie pregătite acum.
