Pojazdy z wodorowymi ogniwami paliwowymi są już sprzedawane przez takie firmy, jak Hyundai, Honda i Toyota, a także kilka innych chińskich firm. Ale transport nie jest jedynym kierunkiem energii wodoru.
Na podstawie głośnych wiadomości z ostatnich lat o miniaturowych „dachówkach słonecznych”, o ogromnych morskich turbinach wiatrowych, o podziemnym składowaniu CO2, o magazynach Tesli i innych urokach Energiewende (transformacji energetycznej), nie są one jeszcze zbyt czytelne, ale słychać już odległy huk nowej burzy wszystkich tradycyjnych dostawców ropy. prąd i gaz. Ta burza może przejść w oddali, może zniszczyć cały tradycyjny biznes gigantów energetycznych i jednocześnie gospodarki krajów eksportujących węglowodory, może też stać się życiodajnym deszczem, sprzyjającym powstaniu nowej gospodarki.
Ten nowy atak jest tylko najbardziej powszechnym elementem we wszechświecie. Wodór. Według niektórych prognoz dotyczących tego elementu za trzydzieści lat powstanie przemysł o rocznych obrotach w wysokości dwóch i pół biliona dolarów i trzydziestu milionach miejsc pracy, który będzie w stanie wyprzeć prawie 20% paliw kopalnych z gospodarki światowej.
Spróbujmy dowiedzieć się, jakie są szanse tych scenariuszy.
Skąd on pochodzi?
Odkąd Lavoisier nazwał wodór dwieście trzydzieści pięć lat temu, był w stanie zająć ważne miejsce w branży. Wodór jest używany do produkcji metanolu, amoniaku i jadalnej margaryny, a olej jest przetwarzany za jego pomocą. Nie da się „odebrać” wodoru w czystej postaci, więc inne substancje muszą zostać przetworzone - głównym sposobem jego produkcji jest nadal parowy reforming węglowodorów. Świat produkuje około sześćdziesiąt pięć milionów ton wodoru w ciągu zaledwie roku (jeśli porównamy: gaz ziemny jest produkowany prawie czterdzieści razy więcej).
Na szczególne właściwości wodoru jako paliwa zwróciliśmy uwagę w połowie ubiegłego wieku - jego ciepło spalania jest kilkakrotnie wyższe niż benzyny, gazu ziemnego czy oleju napędowego o tej samej masie i nie generuje żadnych emisji, tylko para wodna. W Stanach Zjednoczonych w 1970 roku pojawiły się publikacje o przejściu transportu na paliwo wodorowe, jednocześnie popularne stało się określenie „gospodarka wodorowa” - to swego rodzaju obraz przyszłości, w której amerykańskie miasta całkowicie odchodzą od „gospodarki węglowodorowej”, wodór jest używany jako paliwo do domy, samochody, elektrownie, a energia jest magazynowana za pomocą wodoru i wytwarzana w razie potrzeby za pomocą wiatru i słońca. Innymi słowy, gospodarka wodorowa opiera się na wodorze jako najbardziej przyjaznym dla środowiska i wszechstronnym nośniku energii łączącym energię cieplną,sektor energii elektrycznej i transportu. Wkrótce nadszedł kryzys naftowy i większe znaczenie nadano rozwojowi transportu wodoru. I tak np. W ZSRR w latach 80. pojawiły się minibusy RAF „wodorowe”, samolot na bazie Tu-154, a także silnik rakietowy na wodór dla „Energii”. Los tego projektu jest nie do pozazdroszczenia - na przykład zajęło co najmniej jedną trzecią użytecznej objętości przedziału pasażerskiego na zbiorniki paliwa w samolocie, co znacznie wpłynęło na koszty transportu. W samolocie co najmniej jedną trzecią użytecznej objętości przedziału pasażerskiego trzeba było przeznaczyć na zbiorniki paliwa, co znacznie wpłynęło na koszty transportu. W samolocie co najmniej jedną trzecią użytecznej objętości przedziału pasażerskiego trzeba było przeznaczyć na zbiorniki paliwa, co znacznie wpłynęło na koszty transportu.
Film promocyjny:
Dlaczego jeszcze się nie udało?
W XX wieku nie było globalnego przejścia na wodór - koszt kilometra jazdy na wodorze był znacznie wyższy niż na paliwie konwencjonalnym. Głównym powodem są wysokie koszty: produkcja wodoru z węglowodorów (reforming parowy) lub wody (elektroliza) wymaga dużej ilości energii. Dodatkowo parowemu reformingowi węglowodorów towarzyszy wydzielanie się gazu cieplarnianego - CO2, do walki z którym skierowana została m.in. idea przeniesienia transportu na wodór. Produkcja wodoru metodą elektrolizy (rozkład wody na tlen i wodór za pomocą energii elektrycznej) okazała się jeszcze droższa niż reforming parowy, a do wytworzenia potrzebnej energii elektrycznej konieczne było spalanie paliwa z wszystkimi emisjami. Wszystko to trochę zmniejszyło początkowe zainteresowanie,a gospodarka wodorowa jako całość do końca XX wieku pozostawała jedynie „obrazem przyszłości”
Co się zmieniło?
„Transformacja energetyczna” w światowej elektroenergetyce doprowadziła do szybkiego rozwoju energii odnawialnej w latach 2000 - 2010, głównie energii słonecznej i wiatrowej. Koszt tych technologii stale spada (obecna wartość energii elektrycznej z generacji słonecznej i wiatrowej w Stanach Zjednoczonych, według Lazarda, spadła o 70-80% w latach 2009-2016). Rynek dynamicznie rośnie (w 2016 r. Według IRENA na świecie oddano do użytku 71 GW fotowoltaicznych elektrowni słonecznych i 51 GW elektrowni wiatrowych, aw 2017 r. Spodziewane jest potwierdzenie odpowiednio 90 i 40 GW) - a więc Tylko w ciągu ostatnich dwóch lat na świecie oddano do użytku więcej mocy wiatrowych i słonecznych niż łączna moc wszystkich elektrowni Jednolitego Systemu Energetycznego Rosji.
Roczne inwestycje w sektorze wynoszą ponad 250 miliardów dolarów - dwa razy więcej niż inwestycje w wytwarzanie paliw kopalnych. Rekordy cen energii słonecznej w Meksyku, Dubaju, Peru, Abu Zabi, Chile, Arabii Saudyjskiej, energetyka wiatrowa w Brazylii, Kanadzie, Niemczech, Indiach, Meksyku i Maroku osiągnęła poziom około 1,7 rubla za kWh (dla porównania: mieszkańcy Moskwy i regionu płacą dwa do trzech razy więcej za prąd w swoich domach).
Jak prognozuje Międzynarodowa Agencja Energii, do 2040 r. Udział produkcji energii elektrycznej z elektrowni słonecznych i wiatrowych na świecie wyniesie od 13% do 34% (w 2016 r. - 5%). Oczywiste jest, że udział tych źródeł w niektórych regionach będzie jeszcze większy.
W związku z tym elektroenergetyka w coraz większym stopniu przechodzi na źródła wytwarzania, które są stochastyczne i zależne od pory dnia i warunków klimatycznych. Wpływ wahań generacji w elektrowniach wiatrowych i słonecznych (kiedy słońce nagle przestaje świecić i wieje wiatr) na system elektroenergetyczny, jeśli ich udział w regionie jest duży, jest porównywalny z chaotycznym włączaniem / wyłączaniem dużej CHP - kilka razy dziennie. Co więcej, czasami stacje te generują znacznie więcej, niż potrzebują wszyscy odbiorcy systemu elektroenergetycznego, a wtedy koszt energii elektrycznej okazuje się „ujemny” - takie wiadomości napływają regularnie np. Z Niemiec.
Nauczyliśmy się radzić sobie z takimi fluktuacjami tworząc urządzenia magazynujące energię, które „ładują się” w okresach nadmiaru energii i „rozładowują” w okresach jej niedoboru. O ile w XX wieku rolę takich magazynów pełniły jedynie stacje szczytowo-pompowe, to dziś aktywnie rozwijają się urządzenia do magazynowania elektrochemicznego, z których najsłynniejsze są „świeże” projekty Tesli w Kalifornii i Australii. Navigant Research przewiduje wzrost rocznego wkładu pojemności magazynów odnawialnych źródeł energii z około 2 GW w 2018 r. Do 24 GW w 2026 r. - dwunastokrotnie w ciągu ośmiu lat. Roczne przychody z tego rynku wzrosną proporcjonalnie do 24 miliardów dolarów do 2026 roku.
Rosnące zapotrzebowanie na magazynowanie energii sprawiło, że ludzie znów zaczęli myśleć o wodorze.
Energia odnawialna - na stacjach benzynowych
Wcześniej można było produkować wodór metodą elektrolizy, ale wtedy trzeba było wykorzystać energię tradycyjnych elektrociepłowni spalających paliwo. Jeśli chodzi o nadwyżkę i tanią energię elektryczną z farm słonecznych i wiatrowych, wolną od emisji CO2, dlaczego by nie zamienić jej na wodór, który można wykorzystać jako czyste paliwo np. Do samochodów? Ponadto umożliwi to rezygnację z węglowodorów jako surowca do produkcji wodoru. Wiele innowacyjnych firm w Europie i na świecie podąża właśnie tą drogą. ITM Power z Wielkiej Brytanii uczestniczy w projekcie Hydrogen Mobility Europe (H2ME), którego celem jest uruchomienie do 2019 r. Sieci dwudziestu dziewięciu stacji paliw wodorowych w dziesięciu krajach europejskich.który będzie obsługiwał dwieście samochodów z wodorowymi ogniwami paliwowymi i sto dwadzieścia pięć hybrydowych ciężarówek. Szwedzka firma Nilsson Energy specjalizuje się w rozwiązaniach izolowanych od sieci, które wykorzystują energię słoneczną i wiatrową do wytwarzania i magazynowania wodoru oraz do zasilania samochodów i budynków.
Pojazdy z wodorowymi ogniwami paliwowymi są już sprzedawane przez Hondę, Toyotę, Hyundai i szereg chińskich firm. Docelowa wizja międzynarodowego konsorcjum Hydrogen Council, założonego w Davos w 2017 roku przez największe firmy branżowe pod przewodnictwem Toyoty, to ponad 400 milionów samochodów osobowych, 15-20 milionów ciężarówek, 5 milionów autobusów napędzanych wodorem do 2050 roku (czyli około 20-25% całkowity). 78% dyrektorów motoryzacyjnych na świecie ankietowanych przez KPMG w 2017 r. Uważa, że takie pojazdy będą przełomem w sektorze pojazdów elektrycznych, przyćmiewając samochody z zasilaniem akumulatorowym.
Ale transport jest daleki od jedynego kierunku.
Wodór do każdego domu
Stacjonarne ogniwa paliwowe (ogniwa paliwowe) - dynamicznie rozwijająca się technologia, która pozwala na otrzymywanie energii elektrycznej i cieplnej z wodoru lub gazu ziemnego bezpośrednio na terenie domu lub w piwnicy domu. Wodór powoduje tylko jedną emisję - czysta woda, którą można wykorzystać do klimatyzacji. Kompaktowe jednostki modułowe wielkości lodówki są absolutnie ciche. Według prognozy Navigant Research, moc stacjonarnych ogniw paliwowych wzrośnie z 500 MW w 2018 roku do 3000 MW w 2025 roku.
Takie instalacje w połączeniu z odnawialnymi źródłami energii, elektrolizerami, zasobnikami energii pozwalają na stworzenie pełnoprawnych autonomicznych źródeł zasilania gospodarstwa domowego. Obecny koszt energii elektrycznej z ogniw paliwowych na gaz ziemny w Stanach Zjednoczonych, według Lazarda (106-167 USD za MWh), jest już w przybliżeniu równy wskaźnikom elektrowni jądrowych (112-183 USD za MWh) i węglowych (60-231 USD za MWh) i mniej niż bieżąca wartość pojedynczych paneli słonecznych na dachu (187–319 USD za MWh). W Japonii, dzięki ogromnym dotacjom rządowym, w 2014 roku było już ponad 120000 takich instalacji, a docelowe wartości to ponad 1 milion do 2020 roku i ponad 5 milionów do 2030 roku.
W miarę jak technologie stają się tańsze (produkcja masowa, standaryzacja) i osiągają samowystarczalność, rząd Japonii planuje rozpocząć wprowadzanie wodorowych ogniw paliwowych - oczekuje się, że nastąpi to do 2030 roku. Ogniwa paliwowe to niewątpliwie najważniejszy obiecujący segment technologii energetyki rozproszonej, których potencjał w Rosji, według ostatnich badań Centrum Energetycznego Szkoły Skołkowo, wystarczy do pokrycia co najmniej połowy zapotrzebowania na moce wytwórcze do 2035 roku.
Power-to-Gas
Wodór pozyskiwany z odnawialnych źródeł energii może być wprowadzany do sieci przesyłowych i dystrybucyjnych gazu. Taka stacja działa we Frankfurcie nad Menem od 2014 roku, dodając do 2% wodoru do lokalnej sieci dystrybucji gazu (takie ograniczenie zawartości wodoru sprawia, że nie można w ogóle nic zmieniać ani w sieciach, ani u odbiorców). W Niemczech jest kilka podobnych obiektów, można je również znaleźć we Włoszech, Danii, Holandii. Czasami wodór jest dodawany do biogazu, zwiększając jego wartość.
W Wielkiej Brytanii wodór jest poważnie uważany za sposób na radykalną redukcję emisji z gospodarstw domowych (85% gospodarstw domowych w tym kraju pali gaz ziemny do ogrzewania). Dla miasta Leeds, liczącego ponad 780 tys. Mieszkańców, w 2017 r. Przeprowadzono szczegółową ocenę potrzeb inwestycyjnych w zakresie pełnej konwersji systemu zaopatrzenia w gaz na wodór - od wymiany kotłów u odbiorców po tworzenie podziemnych magazynów wodoru i jednostek reformingu parowego. Kwotę inwestycji szacuje się na sto sześćdziesiąt miliardów rubli. Projekt ten będzie obejmował cały kraj, zwłaszcza że brytyjskie miasta w XIX i pierwszej połowie XX wieku stosowały już sztuczny „gaz miejski” zawierający do 50% wodoru. W międzyczasie koncerny gazowe planują sukcesywne zwiększanie udziału wodoru do 20%,unikanie przebudowy sieci gazowych i kotłów na dużą skalę u odbiorców.
Od 2013 roku japońskie firmy rozmawiają z RusHydro o możliwości stworzenia na rosyjskim Dalekim Wschodzie wytwórni wodoru z wykorzystaniem technologii power-to-gas na eksport. Obliczenia strony japońskiej opierają się przede wszystkim na wykorzystaniu taniej energii elektrycznej z elektrowni wodnych. Na mocy umowy podpisanej na Wschodnim Forum Ekonomicznym jesienią 2017 roku Kawasaki Heavy Industries ma zaktualizować studium wykonalności tego projektu. Wraz z rozwojem infrastruktury na Dalekim Wschodzie i spadkiem kosztów technologii elektrolizy i logistyki wodoru zainteresowanie takimi projektami będzie oczywiście tylko rosło. Biorąc pod uwagę ogromny potencjał energetyki odnawialnej w tym regionie, można przewidywać pojawienie się tu obiecujących projektów eksportowych.
Wodór - integrator chemii i energii gazów
Ale najbardziej imponujący projekt znajduje się teraz na północy Holandii. W tym regionie, położonym bezpośrednio nad złożem gazowym Groningen (przyczyna „choroby holenderskiej”), energia biogazu kwitnie od kilku lat. Już pięć lat temu samochody jeździły ulicami na gazie groen - biometanie wytwarzanym tu z odpadów przemysłu rolniczego w regionie o powierzchni dwóch Moskwy. Nic dziwnego, że to właśnie tutaj, przy wsparciu Unii Europejskiej, ruszył rok temu projekt Chemport Europe, którego głównym celem jest stworzenie pełnoprawnego klastra gazowo-chemicznego działającego wyłącznie na lokalnych zasobach biologicznych i wodorze o zerowej emisji CO2. Biomasa drzewna poddawana jest obróbce, powstałe w procesie węglowodany wykorzystywane są w chemii. Energia elektryczna z morskich turbin wiatrowych jest przekształcana w wodór i tlen za pomocą elektrolizerów. Tlen i wodór są wykorzystywane w chemii, a tlen bierze również udział w zgazowaniu przetworzonej biomasy z lokalnych pól o powierzchni ponad miliona hektarów. Zgazowanie umożliwia uzyskanie gazu syntetycznego - czystej mieszaniny wodoru, CO2 i CO. Dodawany jest tam również czysty wodór z turbin wiatrowych. Z tego gazu uzyskuje się kwas azotowy, metanol, etylen, propylen, butylen - substancje, które mogą całkowicie wyprzeć ropę i gaz ziemny z ich stabilnych pozycji jako surowce dla przemysłu chemicznego.które mogą całkowicie wyprzeć ropę i gaz ziemny z ich stabilnych pozycji jako surowce dla przemysłu chemicznego.które mogą całkowicie wyprzeć ropę i gaz ziemny z ich stabilnych pozycji jako surowce dla przemysłu chemicznego.
Projektodawcy deklarują chęć zbliżenia kosztu gazu syntetycznego do kosztu gazu ziemnego. Syngaz może być wysyłany do skraplania (bio-LNG), tankowany przez pojazdy i wykorzystywany do innych klasycznych potrzeb.
Początkowa inwestycja w projekt to 50 mln euro, z czego 15 mln euro pochodzi z dotacji Unii Europejskiej.
Wodorowa wioska olimpijska
Na Igrzyska Olimpijskie 2020 w Tokio powstaje wioska olimpijska, która przyjmie do 17 000 gości. Głównym źródłem energii we wsi będzie wodór: samochody, stacje benzynowe, ogniwa paliwowe, ciepło i prąd w domach, gaz w piecach i kotłach - wszystko to będzie zasilane wodorem.
Czy wszystko jest bezchmurne?
Wśród sceptyków energetyki wodorowej są nie tylko konserwatyści, ale także np. Elon Musk (choć oczywiście ma konflikt interesów: akumulatory litowo-jonowe Tesli są bezpośrednią konkurencją dla technologii power-to-gas). Wskazuje na niebezpieczeństwa związane z obchodzeniem się z wodorem podczas przechowywania: wycieki są prawie niemożliwe do wykrycia i istnieje możliwość powstania mieszaniny wybuchowej. Niektórzy mieszkańcy Tokio wyrazili podobne obawy. Czas pokaże, czy uda się skutecznie i tanio rozwiązać te problemy na tle rozwoju konkurencyjnych technologii. W międzyczasie stacje tankowania wodoru wciąż pojawiają się w centrach światowych stolic.
Zakłady zostały już postawione
Jak dotąd, według różnych szacunków, globalne inwestycje w energię wodorową szacuje się na około 0,85–1,4 miliarda euro rocznie. Konsorcjum Hydrogen Council planuje zainwestować 13 miliardów dolarów w ciągu pięciu lat w sieci stacji paliw wodorowych i samochody napędzane wodorem. Według Departamentu Energii USA sektor ogniw paliwowych zatrudnia już 16 000 osób (z potencjałem wzrostu nawet do 200 000), a wsparcie finansowe z budżetu rządu USA od wielu lat wynosi około 100 milionów dolarów rocznie. Kilkadziesiąt firm, ośrodków badawczych i uczelni na całym świecie pracuje nad obniżeniem kosztów technologii wodorowych, w szczególności celem jest obniżenie kosztów produkcji wodoru w drodze elektrolizy z 11,5 do 5,7 dolara za kilogram,a także obniżenie kosztów ogniw paliwowych (trzy do pięciu razy) i magazynowanie wodoru (dwa do trzech razy). Oczywiście, kiedy te cele zostaną osiągnięte, „gospodarka wodorowa” będzie nam znacznie bliższa, niż można sobie teraz wyobrazić.
Jak wpłynie to na światowe rynki ropy i gazu? Co to będzie oznaczać dla rosyjskiej gospodarki? Jak odnajdujemy swoje miejsce w świecie gospodarki wodorowej? To wszystko pytania, na które odpowiedzi trzeba przygotować już teraz.