Vozila na vodikove gorivne celice so že prodala podjetja, kot so Hyundai, Honda in Toyota, pa tudi več drugih kitajskih podjetij. Toda promet še zdaleč ni edina smer vodikove energije.
Glede na odmevne novice zadnjih let o miniaturnih "sončnih ploščicah", o ogromnih vetrnih turbinah na morju, o podzemnem skladiščenju CO2, o Teslovih shranjevalnih napravah in drugih dobrotah Energiewende (energetski prehod) še ni zelo berljivo, vendar se že sliši oddaljeno ropotanje nove nevihte vseh dobaviteljev tradicionalne nafte. elektrika in plin. Ta nevihta lahko preide v daljavo ali pa uniči celoten tradicionalni posel energetskih velikanov in hkrati gospodarstva držav, ki izvažajo ogljikovodike, ali pa lahko postane življenjski dež, ki podpira nastanek novega gospodarstva.
Ta nov napad je le najpogostejši element v vesolju. Vodik. Nekatere napovedi okoli tega elementa bodo čez trideset let na voljo v industriji z letnim prometom v višini dva in pol bilijona dolarjev in trideset milijonov delovnih mest, ki bo lahko izpodrinila skoraj 20% fosilnih goriv iz svetovnega gospodarstva.
Poskusimo ugotoviti, kakšne so možnosti teh scenarijev.
Od kod je prišel?
Odkar je Lavoisier pred dvesto petinpetdesetimi leti poimenoval vodik, je lahko zasedel vidno mesto v industriji. Vodik se uporablja za proizvodnjo metanola, amoniaka in jedilne margarine, z njim pa se predela olje. Nemogoče je vzeti vodik iz narave v svoji čisti obliki, zato je treba druge snovi predelati - glavni način njegove proizvodnje je še naprej parna reformacija ogljikovodikov. Svet proizvede približno petinpetdeset milijonov ton vodika v samo enem letu (če primerjamo: zemeljskega plina se proizvede skoraj štiridesetkrat več).
Opozorili smo na posebne lastnosti vodika kot goriva v sredini prejšnjega stoletja - njegova toplota zgorevanja je nekajkrat večja kot pri bencinu, zemeljskem plinu ali dizelskem gorivu z enako maso in ne nastajajo emisije, le vodna para. V ZDA so leta 1970 objavljale publikacije o prenosu prometa na vodikovo gorivo, hkrati pa je postal popularen izraz "vodikovo gospodarstvo" - to je nekakšna podoba prihodnosti, v kateri se ameriška mesta popolnoma oddaljujejo od "ogljikovodikove ekonomije", vodik pa se uporablja kot gorivo za domovi, avtomobili, elektrarne in energija se hranijo z vodikom in se proizvajajo z vetrom in soncem, kjer je to potrebno. Z drugimi besedami, vodikova ekonomija temelji na vodiku kot najbolj okolju prijaznem in vsestranskem nosilcu energije, ki povezuje toplotno moč oz.sektor električne energije in prometa. Kmalu je prišla naftna kriza in razvoj prometa z vodikom je dobil večji pomen. Tako so se na primer v ZSSR v osemdesetih letih pojavili "vodikovi" minibusi RAF, letalo na osnovi Tu-154 in vodikov raketni motor za "Energijo". Usoda tega projekta je nezavidljiva - na primer, za rezervoarje goriva na letalu je bilo treba nameniti vsaj tretjino koristne prostornine potniškega prostora, kar je močno vplivalo na stroške prevoza. V letalu je bilo treba za rezervoarje z gorivom nameniti najmanj tretjino koristne prostornine potniškega prostora, kar je močno vplivalo na stroške prevoza. V letalu je bilo treba za rezervoarje z gorivom nameniti najmanj tretjino koristne prostornine potniškega prostora, kar je močno vplivalo na stroške prevoza.
Promocijski video:
Zakaj se še ni izšlo?
V dvajsetem stoletju globalnega prehoda prometa na vodik ni bilo - stroški kilometrine vožnje na vodiku so bili precej višji kot na običajnem gorivu. Glavni razlog je visok strošek: za pridobivanje vodika iz ogljikovodikov (parna reformacija) ali vode (elektroliza) je potrebno veliko energije. Poleg tega parno preoblikovanje ogljikovodikov spremlja sproščanje toplogrednega plina - CO2, za boj proti kateremu je bila med drugim usmerjena ideja o prenosu prometa na vodik. Izdelava vodika z elektrolizo (razpad vode na kisik in vodik z uporabo električne energije) se je izkazala za celo dražje kot paro reformiranje, za proizvodnjo potrebne električne energije pa je bilo potrebno kuriti gorivo z vsemi emisijami. Vse to je nekoliko zmanjšalo začetne obresti,in vodikova ekonomija kot celota je do konca dvajsetega stoletja ostala le „podoba prihodnosti“.
Kaj se je spremenilo?
"Energetski prehod" v svetovni industriji električne energije je v obdobju 2000–2010 pripeljal do hitrega razvoja obnovljive energije, predvsem sončne in vetrne energije. Stroški teh tehnologij se nenehno znižujejo (sedanja vrednost električne energije iz sončne in vetrne energije v ZDA se je po besedah Lazarda v letih 2009–2016 zmanjšala za 70–80%). Trg hitro raste (leta 2016 so po poročanju IRENA na svetu naročili 71 GW fotonapetostnih sončnih elektrarn in 51 GW vetrnih elektrarn, v letu 2017 pa naj bi potrdili 90 oziroma 40 GW) - torej V zadnjih dveh letih so na svetu naročili več zmogljivosti za proizvodnjo vetra in sonca kot skupne zmogljivosti vseh elektrarn Enotnega energetskega sistema Rusije.
Letne naložbe v ta sektor znašajo več kot 250 milijard dolarjev - kar je dvakrat več od naložb v proizvodnjo fosilnih goriv. Rekordne cene sončne energije v Mehiki, Dubaju, Peruju, Abu Dabiju, Čilu, Savdski Arabiji, vetrna energija v Braziliji, Kanadi, Nemčiji, Indiji, Mehiki in Maroku je dosegla raven približno 1,7 rubljev na kWh (če primerjamo: prebivalci Moskve in regije plačujejo dva do trikrat več za električno energijo v svojih domovih).
Kot napoveduje Mednarodna agencija za energijo, bo do leta 2040 delež proizvodnje električne energije iz sončnih in vetrnih elektrarn na svetu od 13% do 34% (v letu 2016 - 5%). Jasno je, da bo delež teh virov v nekaterih regijah še večji.
Torej, elektroenergetska industrija vse bolj prehaja na proizvodne vire, ki so stohastični in so odvisni od časa dneva in podnebnih razmer. Vpliv nihanja proizvodnje v vetrnih in sončnih elektrarnah (ko sonce nenadoma preneha sijati in piha veter) na elektroenergetski sistem, če je njihov delež v regiji visok, je primerljiv s kaotičnim vklopom / izklopom velike SPTE - večkrat na dan. Poleg tega včasih te postaje ustvarijo veliko več, kot potrebujejo vsi odjemalci elektroenergetskega sistema, nato pa se stroški električne energije izkažejo za "negativne" - na primer takšne novice redno prihajajo iz Nemčije.
Izvedeli smo, kako se soočiti s takšnimi nihanji, tako da smo ustvarili naprave za shranjevanje energije, ki se v obdobjih pomanjkanja energije "polnijo" v obdobjih presežne energije in "praznejo". Če so v dvajsetem stoletju vlogo takšnih naprav za shranjevanje igrale le črpane skladiščne postaje, se danes aktivno razvijajo elektrokemične shranjevalne naprave, med katerimi sta najbolj znani Teslini "sveži" projekti v Kaliforniji in Avstraliji. Navigant Research napoveduje povečanje letnih zagon zmogljivosti skladiščenja obnovljivih virov energije s približno 2 GW v letu 2018 na 24 GW leta 2026 - dvanajstkrat v osmih letih. Letni prihodki na tem trgu se bodo do leta 2026 sorazmerno povečali na 24 milijard dolarjev.
Naraščajoča potreba po shranjevanju energije je ljudi znova pomislila na vodik.
Obnovljiva energija - na bencinskih črpalkah
Pred tem je bilo mogoče z elektrolizo proizvesti vodik, potem pa je bilo treba uporabiti energijo tradicionalnih termoelektrarn, ki kurijo gorivo. Če gre za presežek in poceni električne energije iz sončnih in vetrnih elektrarn, brez emisij CO2, zakaj ga ne bi pretvorili v vodik, ki ga lahko uporabljamo kot čisto gorivo, na primer za avtomobile? Poleg tega bo to omogočilo opustitev ogljikovodikov kot surovine za pridobivanje vodika. Veliko inovativnih podjetij v Evropi in svetu sledi točno tej poti. Britanski ITM Power sodeluje v projektu Hydrogen Mobility Europe (H2ME), katerega cilj je do leta 2019 zagnati mrežo devetindvajsetih bencinskih črpalk v desetih evropskih državah.ki bodo služili dvesto avtomobilov z vodikovimi gorivnimi celicami in sto petindvajsetimi hibridnimi tovornjaki. Švedska družba Nilsson Energy je specializirana za rešetke, izolirane z omrežjem, ki sončno in vetrno energijo proizvajajo in hranijo vodik in jo uporabljajo za gorivo avtomobilov in električnih zgradb.
Vozila na vodikove gorivne celice so že prodali Honda, Toyota, Hyundai in številna kitajska podjetja. Ciljna vizija mednarodnega konzorcijskega sveta za vodik, ki so ga leta 2017 v Davosu ustanovila največja industrijska podjetja pod predsedstvom Toyote, je več kot 400 milijonov osebnih avtomobilov, 15-20 milijonov tovornjakov, 5 milijonov avtobusov, ki vozijo na vodik do leta 2050 (to je približno 20-25% skupaj). 78% svetovnih proizvajalcev avtomobilov, ki jih je KPMG anketiral leta 2017, verjame, da bodo takšna vozila preboj v sektorju električnih vozil in bodo zasenčila avtomobile na baterije.
Toda promet še zdaleč ni edina smer.
Vodik v vsak dom
Stacionarne gorivne celice (gorivne celice) - dinamično razvijajoča se tehnologija, ki omogoča pridobivanje električne in toplotne energije iz vodika ali zemeljskega plina neposredno na območju hiše ali v kleti hiše. Ob uporabi vodikove čiste vode je le ena emisija, ki se lahko uporablja za klimatsko napravo. Kompaktne modularne enote velikosti hladilnika so popolnoma tihe. Po napovedi Navigant Research se bo zmogljivost stacionarnih gorivnih celic povečala s 500 MW leta 2018 na 3000 MW leta 2025.
Takšne inštalacije so kombinirane z obnovljivimi viri energije, elektrolitiki, enotami za shranjevanje energije in omogočajo ustvarjanje popolnih avtonomnih virov oskrbe z energijo za gospodinjstvo. Glede na Lazard (106-167 USD na MWh) so sedanji stroški električne energije iz gorivnih celic z zemeljskim plinom že približno enaki kazalnikom jedrskih elektrarn (112-183 USD na MWh) in premoga (60-231 USD na MWh). in nižja od sedanje vrednosti posameznih solarnih panelov na strehi (187–319 USD na MWh). Na Japonskem je bilo leta 2014 zaradi večjih državnih subvencij že več kot 120.000 takšnih naprav, ciljne vrednosti do leta 2020 pa več kot milijon in do leta 2030 več kot 5 milijonov.
Ko bodo tehnologije postale cenejše (množična proizvodnja, standardizacija) in dosegle svojo samozadostnost, japonska vlada načrtuje začetek uvajanja vodikovih gorivnih celic - pričakovati je, da se bo to zgodilo do leta 2030. Gorivne celice so nedvomno najpomembnejši segment porazdeljenih energetskih tehnologij, katerih potencial v Rusiji po nedavni študiji Energetskega centra šole Skolkovo zadostuje za pokrivanje vsaj polovice potreb po proizvodnih zmogljivostih do leta 2035.
Power-to-Gas
Vodik, pridobljen iz obnovljivih virov energije, se lahko meša v omrežja za prenos in distribucijo plina. Takšna postaja deluje v Frankfurtu na Majni od leta 2014 in v lokalno distribucijsko omrežje plina doda do 2% vodika (takšna omejitev vsebnosti vodika omogoča, da se v omrežjih in pri porabnikih sploh ne spremeni ničesar). V Nemčiji je več podobnih predmetov, najdemo jih tudi v Italiji, na Danskem, na Nizozemskem. Včasih se vodik meša v bioplin, kar poveča njegovo vrednost.
V Veliki Britaniji vodik resno velja za način za korenito zmanjšanje emisij gospodinjstev (85% gospodinjstev v državi gori zemeljski plin za ogrevanje). V mestu Leeds s prebivalstvom več kot 780.000 prebivalcev je bila v letu 2017 opravljena natančna ocena naložbene potrebe za popolno pretvorbo sistema oskrbe s plinom v vodik - od zamenjave kotlov pri porabnikih do oblikovanja podzemnih skladišč za vodik in enot za reformo pare. Znesek naložbe je ocenjen na sto šestdeset milijard rubljev. Ta projekt bo razširjen na celotno državo, še posebej, ker so britanska mesta v 19. stoletju in prvi polovici 20. stoletja že uporabljala umetni "mestni plin", ki vsebuje do 50% vodika. Medtem plinske družbe načrtujejo, da delež vodika postopoma povečajo na 20%,izogibanje obsežni obnovi plinskih omrežij in kotlov pri porabnikih.
Japonska podjetja že od leta 2013 razpravljajo z RusHydro o možnostih ustvarjanja obrata za proizvodnjo vodika na ruskem Daljnem vzhodu z uporabo tehnologije za pogon na plin. Izračuni japonske strani temeljijo predvsem na uporabi poceni električne energije iz hidroelektrarn. V skladu s sporazumom, podpisanim na vzhodnem gospodarskem forumu jeseni 2017, naj bi Kawasaki Heavy Industries posodobil študijo izvedljivosti tega projekta. Ko se infrastruktura na Daljnem vzhodu razvija in stroški elektrolize in vodikove logistične tehnologije zmanjšujejo, bo zanimanje za take projekte očitno samo raslo. Glede na velik potencial obnovljive energije v tej regiji je mogoče napovedati pojav obetavnih izvoznih projektov tukaj.
Vodik - integrator plinske kemije in energije
Toda najbolj impresiven projekt je zdaj na severu Nizozemske. V tej regiji, ki se nahaja neposredno nad plinskim poljem Groningen (vzrok za "nizozemsko bolezen"), energija bioplina že nekaj let cveti. Že pred petimi leti so se avtomobili vozili po ulicah z žledolomnim plinom - biometanom, ki se tukaj proizvaja iz odpadkov kmetijske industrije v regiji z območjem dveh Moskv. Ni presenetljivo, da se je prav tukaj ob podpori Evropske unije začel projekt Chemport Europe pred enim letom, katerega glavni cilj je ustvariti polnovreden kemični grozd, ki deluje izključno na lokalne biološke vire in vodik z ničelnimi emisijami CO2. Lesna biomasa se predela, ogljikovi hidrati, ki nastanejo v procesu, pa se uporabljajo v kemiji. Električna energija iz vetrnih turbin na morju se pretvori v vodik in kisik z elektrolizatorji. Kisik in vodik se uporabljata v kemiji, kisik pa sodeluje tudi pri uplinjanju predelane biomase z lokalnih polj na več kot milijon hektarjev. Plinifikacija omogoča pridobivanje sintetičnega plina - čiste mešanice vodika, CO2 in CO. Tam je dodan tudi čisti vodik iz vetrnih turbin. Iz tega plina dobimo dušikovo kislino, metanol, etilen, propilen, butilen - snovi, ki lahko popolnoma izpodrinejo nafto in zemeljski plin iz svojih stabilnih položajev kot surovine za kemično industrijo.ki lahko popolnoma izpodrinejo nafto in zemeljski plin iz svojih stabilnih položajev kot surovin za kemično industrijo.ki lahko v celoti izpodrinejo nafto in zemeljski plin iz svojih stabilnih položajev kot surovin za kemično industrijo.
Pobudniki projekta izjavljajo, da želijo stroške sintetičnega plina približati stroškom zemeljskega plina. Syngas je mogoče poslati na utekočinjenje (bio-LNG), dotočiti z vozili in uporabiti za druge klasične potrebe.
Začetna naložba v projekt znaša 50 milijonov EUR, od tega 15 milijonov EUR zagotavljajo nepovratna sredstva Evropske unije.
Vodikova olimpijska vas
V Tokiu se v olimpijskih igrah 2020 gradi olimpijska vas, ki bo sprejela do 17.000 gostov. Glavni vir energije v vasi bo vodik: avtomobili, bencinske črpalke, gorivne celice, toplota in elektrika v hišah, plin v pečeh in kotlih - vse to bo potekalo na vodiku.
Je vse tako brez oblaka?
Med skeptiki vodikove energije niso samo konzervativci, ampak tudi na primer Elon Musk (čeprav ima seveda navzkrižje interesov: Teslini litij-ionski akumulatorji so neposreden konkurent tehnologiji za pogon na plin). Nakazuje nevarnost ravnanja z vodikom med skladiščenjem: uhajanja skoraj ni mogoče zaznati in obstaja možnost, da nastane eksplozivna zmes. Nekateri prebivalci Tokia so izrazili podobne pomisleke. Ali je mogoče učinkovito in poceni rešiti te težave ob ozadju razvoja konkurenčnih tehnologij, bo pokazal čas. Medtem se v središčih svetovnih prestolnic še naprej pojavljajo bencinske črpalke.
Stave so že postavljene
Do zdaj so po različnih ocenah svetovne naložbe v vodikovo energijo ocenjene na približno 0,85-1,4 milijarde EUR na leto. Konzorcij Sveta za vodik načrtuje, da bo v petih letih v omrežja bencinskih postaj in vodikovih avtomobilov vložil 13 milijard dolarjev. Po podatkih ameriškega ministrstva za energijo sektor gorivnih celic že zaposluje 16.000 državljanov (s potencialom rasti do 200.000), finančna podpora iz vladnega proračuna ZDA pa že vrsto let znaša približno 100 milijonov dolarjev na leto. Več deset podjetij, raziskovalnih centrov in univerz po vsem svetu si prizadeva zmanjšati stroške vodikovih tehnologij, zlasti cilj je znižati stroške proizvodnje vodika z elektrolizo z 11,5 na 5,7 dolarja za kilogram,kot tudi zmanjšanje stroškov gorivnih celic (tri do petkrat) in skladiščenja vodika (dva do trikrat). Očitno bo, ko bodo ti cilji doseženi, nam bo »vodikova ekonomija« veliko bližje, kot si morda zdaj predstavljamo.
Kako bo to vplivalo na svetovni trg nafte in plina? Kaj bo to pomenilo za rusko gospodarstvo? Kako najdemo svoje mesto v svetu vodikovega gospodarstva? Vse to so vprašanja, na odgovore je treba pripraviti zdaj.
