Popularni Postovi

Izbor Urednika - 2020

Vodikova ekonomija: hoće li novo gorivo uništiti fosilnu civilizaciju

Vodik vs nafta: što prije?

Plinska ulična rasvjeta u Londonu pripisuje se 1798. godini. U to se vrijeme 30–40% plina odnosilo na vodik (ostatak metan i drugi plinovi) dobiven tijekom sagorijevanja ugljena na visokoj temperaturi. Dok je prva bušotina modernog tipa bušena u blizini Bakua 1848., prvi kerozin u Sjevernoj Americi primljen je devet godina kasnije. Tako su počeli koristiti vodik u plinskim plamenicima 60 godina ranije od kerozina, kažu neki izvori. Drugi pak napominju da je u Poljskoj karpatsko ulje spaljeno za urbanu rasvjetu od 1500., a još ranije u Kini i na Bliskom istoku. Ovdje, kako kažu, ovisno o kojoj će se peći plesati.

Za daljnje analize važno je da je plin metan-vodik bio najjeftiniji način rasvjete u Londonu, a to mu je davalo konkurentsku prednost u odnosu na struju i kerozin do 1910. Međutim, čađa iz plinskih plamenika i kerozinske lampe bila je toliko jaka da su se napustili s razvojem električne energije.

Od sredine 20. stoljeća vodik je integriran u tehnologije rafiniranja nafte, proizvodnju gnojiva iz prirodnog plina (80%) i proizvodnju električne energije (20%). Sada se značajan dio vodika koristi za poboljšanje kvalitete gnojiva (53%), naftnih proizvoda (31%) i čelika (8%) - u procesu hidrotretiranja, hidrodesulfurizacije, hidrokrekiranja i regeneracije katalizatora. Zasebno dobro razvijeno područje je hlađenje generatora u elektranama.

Budući da je najčešći element na Zemlji i u svemiru, vodik (H2) Ipak, ostaje gotovo neprijavljeno: ako je 2018. godine u svijetu proizvedeno 4,4 milijarde tona nafte i 3,86 trilijuna m 3 prirodnog plina (metana), tada volumen proizvodnje vodika ne prelazi 70 milijuna tona, to jest obujam njegove proizvodnje 6285 puta manje od nafte i 5514 puta manje od plina.

Uobičajeno je da se vodik odvoji na „sivo“ - od ugljena, nafte i plina, „plavo“ - od CCGT postrojenja ili nuklearne elektrane tehnologijom CCS, i „zeleno“ - od vode (OIE). Prema nedavnom istraživanju Wood Mackenziea, danas je 99% vodika "sivo" i "plavo", stvarajući ogroman otisak ugljika uporediv sa polovicom ukupne emisije CO2 u čitavoj ruskoj ekonomiji, a samo 1% vodika smatra se „zelenim“ (vidi „Emisija CO22 po ključnim zemljama i sektorima. ").

Reforma pare - Ovo je katalitička pretvorba ugljikovodika (metan, propan-butan, benzin, kerozin, dizelsko gorivo, ugljen) u prisutnosti vodene pare. Prednost: Najjeftiniji način proizvodnje vodika, dakle najčešći. Nedostatak - velike emisije CO2, Primjena tehnologija hvatanja i skladištenja ugljika (CCS) rješava problem emisije, ali značajno povećava cijenu vodika.

elektroliza - proces raspadanja vode pod djelovanjem stalne električne struje u kisik i vodik. Kemijska reakcija odvija se prema shemi: 2N2O + energija -> 2H2+ O2, prednosti:

· Dostupne sirovine - demineralizirana voda i električna energija,

· Tijekom proizvodnje ne postoje zagađujuće emisije,

· Izlaz je prilično čist (99,99%) proizvod.

Nedostaci: proizvodnja vodika skuplja je od 1,5-3 puta prilikom reformiranja. Koristi se u maloj količini i smatra se potencijalnom tehnologijom budućnosti.

Elektrolitičke ćelije koje se koriste za proizvodnju zelenog vodika mogu dinamički raditi, trošeći samo nekoliko sekundi kako bi dostigle maksimalnu snagu. Stoga se lako kombiniraju s obnovljivim izvorima koji su nestabilni. Pored toga, vodik se može dugo skladištiti u velikim spremnicima za prodaju u industrijske svrhe, integrirati u plinsku mrežu ili koristiti za napajanje gorivnih ćelija.

Vodikova tehnološka revolucija

Broj naprednih projekata koji koriste vodik u području velikih i distribuiranih energija, skladištenja energije i svih vrsta transporta, od automobila do aviona i brodova, prelazi u status "serijskog". Čini se da se upravo u 2019. do 2020. godine u svijetu događa električna revolucija. To može dovesti do promjene u načinu rada energetskih sustava i postupnom formiranju zajedničkog globalnog energetskog tržišta, kao što se već dogodilo nakon revolucije škriljaca na tržištu plina i nafte u razdoblju 2008-2013.

Na azijskom samitu o čistoj energiji 30. listopada u Singapuru stručnjaci su razgovarali o tome koji će izvor energije hidrogen zamijeniti na prvom mjestu: transport nafte ili ugljena i plina u proizvodnji. Izvršni direktor Bloomberg New Energy Finance (BNEF) John Moore predviđa da će se i prije 2030. godine zeleni vodik čija je cijena nešto iznad 2 USD / kg početi natjecati s ugljenom i prirodnim plinom kao nosiocem energije u proizvodnji čelika, a do 2050. po 1 USD / kg će postati profitabilniji od plina na svjetskim tržištima i moći će se natjecati s najjeftinijim ugljenom, zadržavajući nulu emisije CO2, Po njegovom mišljenju dogodit će se svojevrsna konačna elektrifikacija svjetske industrije zbog vodika. U isto vrijeme, „tržište će biti globalno, pojavit će se transport velikih količina vodika, slično onim shemama kojima se trenutno trguje LNG-om.“

Gledajući situaciju iz Rusije, u kojoj cijene ugljena i plina za potrošače tradicionalno prosječno koštaju oko 50% svjetskih cijena, realizacija takve prognoze je upitna. Štoviše, "zeleni" vodik, prema predviđanjima međunarodne agencije za obnovljive izvore energije IRENA, koštat će 4-6 USD / kg do 2025. godine s izravnim smanjenjem cijena na 2 / kg do 2040. godine. Clive Turton, izvršni direktor Vestas Asia Pacific, koji budućnost vodika u razvoju gorivnih ćelija vidi kao sustav za skladištenje energije (u amonijaku kao obliku vodika koji je pogodan za skladištenje i transport) bliži mi je, što će do 2030., sudeći prema prognozi na azijskom samitu, biti jednako prosječna cijena dizela u svijetu.

Kamena energija filozofije Europa

Cedric Neyke, izvršni direktor tvrtke Siemens AG Smart Infrastructure, opisao je vodik na azijskom samitu kao "filozofski kamen energije" - univerzalnu tvar koja električnu energiju pretvara u bilo koji kemijski proizvod i pretvara se u električnu energiju.

Mnoge termoelektrane u Europi aktiviraju reaktore za gašenje noćne jalove struje (ako se nema kamo odvesti). Tehnologija elektrolize u postrojenjima za hlađenje generatora koristi se već duže vrijeme. Tehnologija se temelji na principu više razine specifične topline sagorijevanja vodika (120-140 MJ / kg nasuprot 50 MJ / kg metana). Ovaj plin ima nizak hidrodinamički otpor, gotovo sedam puta veću toplinsku vodljivost u odnosu na zrak i 14 puta veći toplinski kapacitet. Ovo se načelo primjenjuje u nuklearnim elektranama i na termoelektranama izgrađenim 1960.-1980., Ali vodik ima "sivo" ili "plavo" porijeklo.

2010. godine talijanski Enel pokrenuo je u predgrađu Venecije prvu svjetsku hidroelektranu niske snage (16 MW), dovoljnu za opskrbu 20 tisuća privatnih kuća i uštedu 17 tisuća tona emisija CO2, Trošak elektrane iznosio je 63 milijuna dolara, izvijestio je tada direktor Enela Flavio Conti. Međutim, vodik tamo ulazi iz obližnjeg postrojenja za preradu plina, pa ga je teško nazvati „zelenim“. Tvrtka također ne izvještava o ekonomiji projekta.

Enel Green Power Chile je 2017. pokrenuo prvu 100-postotnu zelenu komercijalnu mrežu električne energije u Čileu. Mrežom upravlja hibridni sustav skladištenja koji se sastoji od solarne elektrane (125 kW / h), vodikovog sustava (450 kW / h) i litijeve (132 kW / h) baterija. Kombinacija solarne elektrane sa uređajima za pohranu ukupnog kapaciteta 580 kW / h pretvara energiju sunca u stabilan izvor električne energije, povećavajući fleksibilnost i stabilnost mreže. Kao rezultat, mikrohranila je u stanju isporučiti čistu energiju 24 sata dnevno bez podrške dizelskog generatora, za razliku od elektrana ovog tipa. Ovo je primjer „zelenog“ vodika (vidi "Proces elektrolize iz VIAZeleni vodik).

U travnju 2019. francuski EDF, koji posjeduje 58 jedinica nuklearne energije, pokrenuo je program Hynamics za opskrbu i održavanje elektrolizatora, kao i dopunjavanje vozila s vodikom u vrijednosti od 16 milijuna eura. Tvrtka je najavila 40 potencijalnih projekata u Francuskoj, Belgiji, Njemačkoj i Velikoj Britaniji. Vodik proizveden na temelju nuklearne energije imat će minimalan ugljični otisak.

2020. Njemačka mora proizvesti do 14 GW vodika na hidrolizatorima, a 2030. - već 44 GW.

Cijena hidrogen kilovata u elektrolizi danas je 13 centi. Cilj svih nacionalnih programa vodika je smanjiti ga. Prema IEA-i, od 2010. godine u svijetu je pušteno u pogon oko 10 MW elektrolitičkih ćelija. U 2018. godini pušteno je u pogon 20 MW, a do kraja 2020. godine očekuje se puštanje u pogon još 100 MW. Wood Mackenzie također predviđa rast: „Do kraja 2019. trebalo bi pokrenuti 252 MW projekata zelenog vodika. Do 2025. godine u svijetu će se pojaviti dodatnih 3205 MW elektrolizatora namijenjenih proizvodnji ekološkog vodika - povećanje od 1272% ”(vidi „Ukupni instalirani kapacitet elektrolizatora u 2020.-2025.“).

Wood Mackenzie napominje da do 2025. godine, uz cijene struje od 30 USD / MWh, proizvodnja „zelenog“ vodika možda neće biti konkurentna „sivom“ vodiku u Njemačkoj, Južnoj Koreji i SAD-u. Danas se cijene vjetra i solarne energije na tim tržištima kreću u rasponu od 53 do 153 USD / MW * h. Samo će Australija moći do 2030. proizvoditi „zeleni“ vodik, konkurentan vodiku iz plina.

Vodikova plinska turbina

Ključna tehnologija potrebna za veliku uporabu vodika u plinskoj elektroenergetici je vodikova turbina. Prema Mitsubishi Hitachi Power Systems (MHPS), postojeće plinske turbine mogu povećati udio vodika do 20% u svojoj smjesi s prirodnim plinom bez značajnih strukturnih promjena. MHPS je uspješno testirao plinsku turbinu teške kategorije J u Japanu koristeći mješavinu goriva od prirodnog plina (70%) i vodika (30%). Ispitivanja su provedena u postrojenju u Takasagu na postrojenju s kombiniranim ciklusom snage 700 MW (učinkovitost - 63% s temperaturom plina nakon komore za izgaranje plinske turbine - 1600 ° C). Vortex miješalice su korištene za sagorijevanje goriva. Zahvaljujući emisiji vodika, CO2 smanjena je za 10%, a emisija dušikovog oksida, prema tvrtki, "ostala je na zadovoljavajućoj razini."

Pored toga, MHPS sudjeluje u pilot projektu premještanja postojećeg pogonskog agregata snage 440 MW u TE Magnum u Groningenu (Nizozemska) iz plina u 100% vodik do 2023. godine.

Druge japanske tvrtke - Kawasaki Heavy Industries i Obayashi - u 2018. godini donijele su udio vodika u bilanci goriva 1 plinske turbinske elektrane snage 1 MW u Kobeu u Japanu na 100% (vidi „Sustav upravljanja prve svjetske 100% hidrogen-plinske turbine“). Naglašavam: ovo su bili kratkoročni testovi na turbine. Nema podataka o ekonomiji projekta. U normalnom načinu rada, CHPP i dalje radi na mješavini metana i vodika u omjerima 80:20, opskrbljujući struju i toplinu međunarodnim centrom Kobe i uredima 10 tisuća lokalnih stanovnika.

U luci Kobe počeli su graditi infrastrukturu za uvoz vodika (slično kao LNG terminal). Kawasaki je 10. studenog 2019. najavio izgradnju terminala za uklanjanje vodika u Australiji do 2020. godine. Slični N projekti pročišćavanja2 tvrde japanske tvrtke u Bruneju i Indoneziji. Norveška se priprema za ulazak u ligu izvoznika.

Za Europu, pitanje prijevoza vodika ima nekoliko rješenja. Tijekom 10 godina upućeni su prijedlozi za korištenje postojeće cjevovodne infrastrukture. Konkretno, ideja o stvaranju solarnih elektrana velike snage u pustinji Sahari u Africi, praćena elektrolizom vodika i prijenosom kroz postojeće ili nove plinovode iz sjeverne Afrike u Europu, vrlo je popularna među stručnjacima. Ili kao šala ili ozbiljno, predstavnik Naftogaz Ukrainy predložio je da se plinovodi u budućnosti mogu koristiti pod vodikom. Treba napomenuti da metalne cijevi nisu prikladne za transport vodika zbog velike isparljivosti H2.

Ujedinjeno Kraljevstvo, s ciljem prepolovljenja emisija stakleničkih plinova do 2050. godine, odlučilo se na ekonomiju plina pod vodikom. Izvješće Instituta za inženjerstvo i tehnologiju (IET, lipanj 2019.) Britanski prijelaz na vodik kaže da će do 2030. godine većina plinske mreže u Velikoj Britaniji, koja se sada sastoji od metalnih cijevi, postati polietilen, što će omogućiti velika ulaganja za puštanje vodika u mrežu. Proizvodnja u Britaniji ovisi o plinu 40%, a 85% kuća zagrijava ga. To će biti gore za industrijska poduzeća, od kojih polovina koristi plin: plinski uređaji tamo mogu zahtijevati potpunu tehnološku zamjenu, ili pretvorba neće biti previše značajna, ali biometanu će se morati dodati vodik. Upravo ovu mogućnost za energetski razvoj očekuje Gazprom Export, štoviše, poželjno je da će metan isporučiti u zemlju potrošača. U ovom slučaju tvrtka neće zahtijevati nikakve značajne promjene.

Različite zemlje dopuštaju različite udjele vodika u prirodnom plinu (metan) - od 0,1% (Belgija, Novi Zeland, Velika Britanija i SAD) do 10% u Njemačkoj i 12% u Nizozemskoj. Gornja granica određena je nacionalnim tehnološkim standardima koji se odnose na sigurnost plinovoda i proizvodne opreme elektrana. Prema europskom sustavu za prijenos plina, miješanje 20% vodika, prema IEA, smanjilo bi emisiju CO2 60 milijuna tona godišnje (7%).

Nepovratna sredstva kao razvojno sredstvo

Ako je prije 150 godina plin s vodikom bio najjeftinija vrsta goriva, danas su tehnološka rješenja skupa i mogu se provesti samo uz državne subvencije u ovom ili onom obliku. Krug zemalja koje razvijaju vodikove smjerove u energetskom sektoru još nije širok.

Japan je prvi u svijetu proglasio tečaj ka izgradnji vodikove ekonomije i usvojio odgovarajuću strategiju. Kao prioritet, zemlja razvija dva smjera: stvaranje distribuirane toplinske proizvodnje na gorivnim ćelijama (TE) za osvjetljenje i grijanje kuća i uredskih prostora te električnih vozila korištenjem vodika.

Mikroelektrane gorivnih ćelija (CHP) s gorivnim ćelijama bitno se razlikuju od termoelektrana po tome što pretvaraju kemijsku energiju izravno u električnu energiju (procesna povratna elektroliza) - prema tome, turbine nisu potrebne, a učinkovitost pretvorbe doseže 50–65% (učinkovitost na razini najboljih TE za prirodni plin). Stanice su ekološki prihvatljive (za razliku od plinskih turbina, koje čak i kada izgaraju 100% vodik zagađuju atmosferu dušikovim oksidima), nečujne su, stvaraju toplinu („kogeneracijske elektrane“) i kompaktne su. Izvana takva stanica nalikuje hladnjaku. Koriste se u kućanstvima i malim trgovačkim poduzećima.

U okviru projekta Ene-Farm u Japanu prošle godine, na gorivne ćelije ugrađeno je 50 tisuća mikroelektrana za kogeneraciju kućanstava, njihov se ukupni broj povećao na 300 tisuća. Japanski program za hidrogen predviđa puštanje u pogon 1,4 milijuna gorivnih ćelija do 2020. godine, 5,3 milijuna - 2030. godine. Provedba zaostaje. Ali dolazi. Japanski proračun za 2018. godinu predviđao je subvencije u iznosu od 70 milijuna dolara za proizvodnju gorivnih ćelija korištenih vodika.

Tržište mikroelektrana također se aktivno razvija u Južnoj Koreji, pojedinim američkim državama (Kalifornija) i zemljama Europske unije - uz aktivnu potporu države.Godine 2017. pokrenuta je Paneuropska inicijativa Zajedničko poduzeće za gorivne ćelije i vodik (FCH JU) koja je okupila 89 regija i gradova iz 22 države u Europi. Njeni sudionici koriste vodikove tehnologije u svojim strategijama kao dio "energetske tranzicije" kroz provedbu projekata ukupnih 1,8 milijardi eura tijekom pet godina.

Primjerice, u rujnu 2019. Sveučilište Leuven (Belgija) najavilo je stvaranje novog multisustava koji koristi solarnu energiju i atmosfersku vlagu za sintezu vodika. Postrojenje proizvodi do 250 litara vodika dnevno, koji se mogu koristiti za grijanje kuće ili ureda.

I u Velikoj Britaniji su razvili prvi termodinamički reverzibilni kemijski reaktor koji proizvodi vodik u obliku čistog toka - bez potrebe da ga razdvaja od ostalih kemijskih elemenata.

U 2018.-2019. godini Australija, Južna Koreja, Njemačka, Ujedinjeno Kraljevstvo i neke američke države usvojile su vodikove strategije.

Sjedinjene Države u okviru američkog programa DOE za vodik i gorivne ćelije izdvajaju do 120 milijuna dolara (dvostruko više u 2004.-2011.).

Njemačka vlada odabrala je prvih 20 velikih inovacijskih projekata za uvođenje u industrijske laboratorije s ciljem „energetske tranzicije“ (Reallabore der Energiewende). Velike tvrtke preuzimaju većinu tehničkih i organizacijskih troškova, a vlada sufinancira projekte u iznosu od 100 milijuna eura godišnje. Za projekte u „regijama strukturnih promjena“ (na primjer, vađenje ugljena) izdvaja se dodatnih 200 milijuna eura. Odabrani projekti:

· Izgradnja 100 megavata elektrolizatora,

· Potpuna transformacija energetskog sustava u jednoj od regija Sjeverne Njemačke, uključujući proizvodnju vodika, izgradnju benzinskih crpki i uvođenje vozila na njemu,

· Proizvodnja vodika elektrolizom nakon čega slijedi skladištenje u slanim pećinama i stvaranje distribucijskih mreža.

Automobil s vodikom (ne) zamijenit će ICE

Kanada je bila prva u svijetu koja je integrirala vodik u flotu gradskog prometa. Kanadska tvrtka Ballard isporučila je prve ćelije autobusima u Vancouveru još 1995. godine. Već četvrt stoljeća razvijaju se tehnologije i transport vozi pravilno. Od 2005. godine sličan se princip aktivno koristi u Nizozemskoj, Španjolskoj, Njemačkoj, Italiji, Luksemburgu, Islandu. Primjerice, Zurichov sudac kupio je 130 Hyundai-ovih autobusa na vodik ove godine, plus 150-160 jedinica koje su već dostupne. Glavni proboj planiran je za 2021.-2023. Veliki projekti za hidrogenaciju gradskog prometa provode se i u Australiji i Kini.

Na sajmu automobila u Hanoveru 2019. godine svi glavni proizvođači automobila predstavili su svoje vodikove modele, uključujući Audi, BMW, Daimler, Ford, GM, Mercedes-Benz.

Osim komprimiranog vodika i gorivnih ćelija, putnički električni automobili imaju baterijsku bateriju u sustavu za hladan start i podršku za najveća opterećenja i ubrzanja. Izlazna snaga serijskih modela je 70–130 kW, najveća brzina 160 km / h (ograničena programskim upravljačkim sustavom), potrošnja vodika 0,76–1 kg H2/ 100 km, vodik pod tlakom od 700 bara, domet - 385–750 km.

U 2019. godini, proizvodni automobil Honda Clarity ima maksimalni domet od 750 km na jednoj benzinskoj postaji. U ožujku 2019. u Kini je predstavljen ambiciozni konceptni automobil Grove, vanjski sličan modelu Maserati s vratima u obliku leptira, gorivom ćelijom na vodik i dometom od 1000 km s pristupom masovnoj proizvodnji 2020. godine. Za usporedbu: maksimalna udaljenost Tesla s električnim vozilom (BEV) s jednim punjenjem iznosi 590 km.

Automobili na vodikovim gorivnim ćelijama prodaju se po skupoj cijeni: Honda Clarity - 51 tisuću eura, Toyota Mirai - 60,7 tisuća eura, Hyundai ix35 Fuel Cell - 65,4 tisuće eura. Štoviše, u svim zemljama kupci dobivaju naknadu u iznosu od 20-30% troškova automobila i jamstvo za 5-10 godina. Prema vodičkom vodičkom vijeću, značajan pad troškova gorivnih ćelija (za 80%) može se postići povećanjem proizvodnje automobila i infrastrukture za dolivanje goriva. Cijena baterije Toyota Mirai gorivnih ćelija u 2016. iznosila je 183 USD / kW. Prema prognozi Ministarstva energetike SAD-a, trošak snage gorivnih ćelija s PEM-om do 2025. godine može pasti na 36 USD / kW, pod uvjetom da se godišnje proizvede najmanje 500 tisuća baterija gorivnih ćelija.

Japanske vlasti obećale su 2020. godine služiti svim gostima Olimpijade u automobilima s vodikom. Do tog trenutka, prema različitim izvorima, trebalo bi postojati 40-50 tisuća osobnih automobila i autobusa koji koriste vodikove baterije i 90-100 vodikovih benzinskih stanica (VAZS) prema različitim izvorima. Do 2025. godine očekuje se da će se broj automobila na vodik registriran u zemlji povećati na 200 tisuća, a do 2030. - na 800 tisuća. Slogan inicijative je: „Voda vodika - 15 minuta od vašeg doma“.

Međutim, dok je proces distribucije automobila na vodik ograničen krajnje ograničenim razmjerom dolijevanja vodika. Sredinom 2019. godine postojalo je samo 30 benzinskih postaja i to samo u tri najveća grada zemlje - Tokio, Nagoya, Osaka.

Benzinske postaje sastoje se od sustava za skladištenje vodika, hlađenja, kompresora i raspršivača za punjenje automobila. Standardi dizajna VAZS međunarodni su, a modularna struktura omogućava vam da prilagodite njihovu izvedbu i veličinu projektiranoj potrošnji.

Europska unija je sa svoje strane odobrila program hidrogenskog koridora (H2 uživo), koja predviđa izgradnju benzinske postaje 20 minuta od potrošača do 2020. i 10 minuta do 2030. godine. Prema podacima iz svibnja 2018., Njemačka je već uvela 180 benzinskih postaja, a do 2023. njihov će broj premašiti 500 jedinica.

Brojne zemlje izjavljuju svoju namjeru da do 2030. stvore vozni park električnih vozila s vodikom do 1 milijuna jedinica - ukupno, ti se planovi približavaju vrijednosti od 4,6 milijuna jedinica. S obzirom na postojeću flotu motora na motorima s unutarnjim izgaranjem (više od milijardu), ovo je mali pokazatelj.

Stručnjaci tvrtke Skolkovo uvjereni su da niska stopa uvođenja vodoničnih gorivnih ćelija u automobile neće moći potpuno zamijeniti ICE do 2030. godine. Želim se složiti s ovim zaključkom. Ali predlažem da u sljedećih pet godina budno promatramo Kinu. Do kraja 2020. godine planira se zamijeniti 200 tisuća taksija iz motora s unutarnjim izgaranjem električnim automobilima, što će biti 20% taksi voznog parka u Pekingu. A do kraja 2023. godine cijela taksi flota glavnog grada Kine trebala bi postati električna. U tu svrhu, u okviru petog transportnog prstena u gradu, stvorit će se mreža benzinskih postaja na udaljenosti od 5-10 km. Tko zna hoće li "azijski zmaj" započeti udaranje vodikovih automobila nakon početka serijske proizvodnje (obećali su da će početi prihvaćati prijave na sljedećem sajmu automobila u Šangaju).

S obzirom na nedavna ulaganja kineske strategije Weichai-Power-Advance-China-Strategy i Broad-Ocean Motors u kanadske Ballard Power Systems i mogućeg rizika prijenosa tehnologije u Kinu i uspostave kontrole nad tvrtkom, u studenom 2019. Tehnički odbor za vodik i gorivne ćelije Savjetodavni odbor (HTAC) pri Ministarstvu energetike SAD-a planira raspravljati o uklanjanju konkurentskih prijetnji. U svom privremenom izvješću u kolovozu 2019. godine, odbor je preporučio: „Obratite posebnu pozornost na proračune Ureda za tehnologiju goriva za energetiku Ministarstva financija SAD-a za financijske godine 2019.-2020. Kako biste istaknuli uklanjanje konkurentskih prijetnji: poduzmite hitne mjere kako biste osigurali dugoročnu konkurentsku prednost ili omogućili da proces slijedi na isti način kao u industriji fotonaponskih i litij-ionskih baterija. "

Odnosno, svjetski gospodarski i energetski čelnici vide tržište vodikove tehnologije kao novo sredstvo za utjecaj i preraspodjelu financijskih tokova. IEA, australijski Acil Allen Consulting i Ruski informatički centar EnergyNet procjenjuju kapacitet vodikovog tržišta znatnim širenjem: 1–15 milijardi USD u 2025., 10–55 milijardi u 2030, 21–102 milijarde u 2035, 32–164 milijardi u 2040. po cijeni nafte Brent 50 USD / barel. Primjećujem samo da povećanje prodaje može pružiti samo sniženje cijena s 4 na 2 USD / kg u razdoblju 2020–2040, za što će biti potrebno veliko ulaganje.

Izgledi za vodikovu ekonomiju za Rusiju

Na prvi pogled Rusija nije ušla u utrku vodika i nastavlja održavati energetsku neutralnost. Za to postoje preduvjeti: ruski energetski sustav ima najniži trag ugljika (u udjelu upotrebe ugljena u proizvodnji) među 10 najvećih energetskih sustava na svijetu i može si priuštiti neznatan vremenski zastoj da bi se čekalo dok se tehnologije ne finaliziraju i cijene gorivnih ćelija smanjene.

S druge strane, teritoriji koje su okupirali Kinezi ne idu nikome drugome - oni odbacuju. I tada će "pravo prve noći" djelovati u interesu efikasnijeg dobavljača. U Rusiji postoji veliki potencijal za proizvodnju vodika, a u susjednom Japanu i Koreji velika je potražnja za uvozom ovog goriva.

U listopadu 2019. na sastanku u Ministarstvu energetike Rusije, u kojem su sudjelovali Rostec, Gazprom, SIBUR, Rosatom, prvo je donesena odluka o izradi Nacionalnog programa za razvoj vodikove energije. O programu će se raspravljati na strateškim sjednicama centra za energetsku mrežu EnergyNet, uzimajući u obzir već predstavljeno izvješće „Perspektiva Rusije na globalnom tržištu vodikovog goriva“.

Izvještaj predviđa veliki razvoj izvoznog potencijala. Scenarij razvoja skladištenja energije u vodikovom ciklusu EnergyNet-a predviđa mogućnost dobivanja izvoznih prihoda u iznosu od 1,7-3,1 milijarde dolara zbog nižih cijena do 2025. godine. To će omogućiti potraženje 10-15% globalnog tržišta vodika u budućnosti 2030. godine.

Prema proračunima Acil Allen Consulting i IC EnergyNet-a, Rusija će Japanu moći ponuditi najvjerojatniji uvoznik vodika sa 3,38 USD / kg u usporedbi s 4,6 USD / kg iz Australije i Katara te 5,2–5,4 / kg iz SAD-a i Norveške. Prema autorima izvješća, „pilot projekt može se primijeniti na osnovi hidroelektrane ili vjetroelektrane na Dalekom Istoku, primjenom Ust-Srednekanske hidroelektrane nazvane po Dyakova ili vjetroelektrane otprilike. Sahalin. " Na sastanku u Ministarstvu energetike odlučeno je da se regija Sahalin identificira kao pilot regija.

Vodik također može povećati učinkovitost korištenja proizvodnih kapaciteta u Rusiji, kažu autori izvještaja i riješiti problem zaključanih kapaciteta. EnergyNet vjeruje da će se prosječni faktor iskorištenja instaliranih kapaciteta (KIUM) proizvodnih kapaciteta uslijed opterećenja proizvodnih rezervi vodika povećati za 5–7% u odnosu na 2017., a troškovi energije na udaljenim i izoliranim teritorijima smanjit će se za 27–30%.

U ovom bih se dijelu raspravljala s kolegama iz EnergyNeta. Ako je u elektroenergetskom sustavu, zbog skladištenja vodika, moguće stvoriti rezervu od 20 GW, kako predviđaju, i izravnati dnevne i sezonske neravnine (a postoje i fluktuacije u potražnji za radnim danima i slobodnim danima), tada će odsutnost vršne potrošnje dovesti do smanjenja generacijskog opterećenja (KIUM) i kao rezultat, do zaključenja određenog dijela instaliranih kapaciteta u rezervi, gdje je višak već 20 GW.

Vodik ima toliko mnogo problema da samo velike korporacije mogu raditi s njim - povrat ulaganja nije toliko bitan ako je moguće posuditi od države pod prihvatljivim uvjetima. EnergyNet vjeruje da bi elektrane Kola i Lenjingrad, koje rade ne u punom kapacitetu, mogle biti izvori proizvodnje vodika. Rosatom aktivno sudjeluje u marketinškim istraživanjima. Štoviše, korporacija ima podružnicu za proizvodnju vjetra i istraživačke institute za razvoj jedinica male snage.

Rusija ima veliki izvor znanstvenih dostignuća u gorivnim ćelijama, koja se mogu transformirati u vlasničke vodikove energetske tehnologije. Nije slučajno što je tjedan dana nakon prvog sastanka o vodiku u Ministarstvu energetike na Forumu otvorenih inovacija u Moskvi predstavljen prvi ruski automobil s vodikovim gorivnim ćelijama (475 W * h / kg težine 42 kg) sa sinkronim vučnim motorom snage 40-60 kW težine 50 kg. Nekoliko dana kasnije prvi sanitarijac na vodi stigao je u Sankt Peterburg. Neki skeptici odmah su ugledali strane dijelove iz kojih je automobil sastavljen i primijetili su da tramvaj ima samo osam sjedala, jer je polovica kabine zauzeta bocama vodika i gorivnim ćelijama, a kretao se poput kornjače - 10 km / h.

No s pojavom prvih završenih projekata Rusija se pridružuje klubu svjetskih tehnoloških lidera, a razvoj domaćih analoga ili usavršavanje tehnologija pitanje je vremena i ulaganja. Predstavnik Gorelektrotransa, koji je izdao pilot tramvaj, potvrđuje da se elektrana može smanjiti za 10 puta, što znači da će se unutrašnjost povećati. Istodobno, vodički tramvaj ne treba vučne trafostanice (100-150 milijuna rubalja svaka), kontaktne i kablovske mreže (14 i 21 milijuna rubalja / km, respektivno). Ako investicije stignu početkom 2020., tada programeri obećavaju da će poboljšati vodikov tramvaj za tri do četiri godine.

Ako ne, onda će do kraja 2019. prototip H2 biti demontiran na dijelove. I nije jasno hoće li se sljedeći sastaviti i kada.

Potrebno je usvojiti niz zakonodavnih i regulatornih promjena kako bi se potaknuo razvoj novih tehnologija i, prije svega, osigurao sustavno financiranje u Rusiji. Možda bi dobar izlaz bio rasporediti određeni udio zarade ili obrtnog kapitala ruskih energetskih kompanija na znanstvena istraživanja u prioritetnim sektorima i područjima - analogno dobro uspostavljenom sustavu istraživanja i razvoja.

Odakle potječe?

Otkako je prije 235 godina Lavoisier dao ime vodik, uspio je zauzeti prikladno mjesto u industriji. Vodonik se koristi za proizvodnju amonijaka, metanola i margarina iz hrane, a koristi se za preradu ulja. Nemoguće je „uzimati vodik u svom čistom obliku iz prirode, potrebno je prerađivati ​​druge tvari - glavni način njegove proizvodnje ostaje pretvorba ugljikovodika u paru. Za godinu svijet proizvede samo oko 65 milijuna tona vodika (za usporedbu: proizvede se oko 40 puta više prirodnog plina).

Sredina prošlog stoljeća primijećena su posebna svojstva vodika kao goriva - njegova kalorijska vrijednost nekoliko je puta veća od prirodnog plina, benzina ili dizela iste mase i ne stvaraju se nikakve emisije osim vodene pare. 1970. Sjedinjene Države objavile su publikacije o prijenosu prometa na vodikovo gorivo, istovremeno je pojam „vodikova ekonomija“ postao raširena - izvjesna slika budućnosti u kojoj se američki gradovi potpuno odmiču od „ekonomije ugljikovodika“, a koriste vodik kao gorivo za automobile, kuće, elektrane, a također pohranjuju energiju uz pomoć vodika i proizvode je uz pomoć sunca i vjetra tamo gdje je potrebno. Drugim riječima, vodikova ekonomija temelji se na vodiku kao najsvestranijem i ekološki najnovijem energetskom nosaču koji povezuje elektroenergetski, toplinski i električni sektor te sektor prometa. Ubrzo je stigla naftna kriza, koja je pridavala veću važnost razvoju vozila s vodikom. Primjerice, u SSSR-u 1980-ih postojali su „vodikov“ RAF minibusi, zrakoplov baziran na Tu-154, vodikov raketni motor za Energiju. Sudbina ovih projekata je nezavidna - na primjer, u zrakoplovu je barem trećina korisne količine putničkog prostora trebalo izdvojiti za rezervoare goriva, što je radikalno utjecalo na troškove prijevoza.

Zašto to još nije uspjelo?

Veliki prijenos prijevoza na vodik u 20. stoljeću nije se dogodio - cijena kilometraže vožnje na vodik bila je mnogo veća nego na konvencionalnom gorivu. Glavni razlog su visoki troškovi: proizvodnja vodika iz ugljikovodika (pretvorba pare) ili vode (elektroliza) zahtijeva veliku količinu energije. Uz to, pretvaranje ugljikovodika u paru prati ispuštanje stakleničkih plinova - SO2, u borbu protiv koje je bila usmjerena i ideja prijenosa prometa na vodik.Proizvodnja vodika elektrolizom (raspadanje vode u kisik i vodik korištenjem električne energije) bila je čak skuplja od pretvorbe pare, a da bi se proizvela potrebna električna energija, gorivo je moralo biti spaljeno odgovarajućim emisijama. Sve je to donekle smanjilo početni interes, i općenito, ekonomija vodika do samog kraja 20. stoljeća ostala je samo „slika budućnosti“.

Što se promijenilo?

„Energetska tranzicija“ u svjetskoj industriji električne energije dovela je do brzog razvoja obnovljive energije u razdoblju 2000–2010, prvenstveno proizvodnje sunca i vjetra. Troškovi ovih tehnologija stalno se smanjuju (sadašnja vrijednost električne energije iz energije vjetra i sunca u SAD-u, prema Lazardu, u 2009. - 2016. smanjena je za 70–80%). Tržište brzo raste (2016. godine, prema IRENA-u, u svijetu je pušteno u pogon 71 GW solarnih stanica u fotonaponskim uređajima i 51 GW vjetroelektrana, a u 2017. očekuje se potvrda puštanja u rad snage 90 i 40 GW) - dakle samo u posljednje dvije godine u svijetu je pušteno u pogon više solarnih i vjetroelektranskih kapaciteta nego kombinirani kapacitet svih elektrana Jedinstvenog energetskog sustava Rusije. Godišnje investicije u taj sektor iznose više od 250 milijardi USD - dvostruko više ulaganja u proizvodnju fosilnih goriva. Evidencija cijena za solarnu energiju u Dubaiju, Meksiku, Peruu, Čileu, Abu Dabiju, Saudijskoj Arabiji, vjetroelektrani u Brazilu, Kanadi, Njemačkoj, Indiji, Meksiku i Maroku dosegla je razinu od oko 1,7 rubalja po kWh (za usporedbu: stanovnici Moskve i regije plaćaju dva do tri puta više za struju u svojim kućama). Prema predviđanjima Međunarodne agencije za energetiku, do 2040. godine udio proizvodnje električne energije u solarnim i vjetroelektranama u svijetu iznosit će od 13% do 34% (u 2016. - 5%). Očito će u nekim regijama udio ovih izvora biti još veći.

Stoga se elektroenergetska industrija sve više prebacuje na generacijske izvore, koji su stohastični i ovise o klimatskim uvjetima i vremenu dana. Utjecaj fluktuacija proizvodnje u solarnim i vjetroelektranama (kada vjetar prestaje puhati ili sunce sja) na elektroenergetski sustav, ako je njihov udio u regiji velik, usporediv je s nasumičnim uključivanjem / isključivanjem velike termoelektrane nekoliko puta dnevno. Uz to, ponekad te stanice proizvode mnogo više nego što trebaju svi potrošači elektroenergetskog sustava, a tada trošak električne energije postaje "negativan" - na primjer, takve vijesti redovito dolaze iz Njemačke.

Naučili smo kako se nositi s takvim fluktuacijama stvaranjem uređaja za skladištenje energije koji se "pune" tijekom razdoblja viška energije i "pražnjenja" tijekom razdoblja nedostatka. Ako su u XX. Stoljeću ulogu takvih uređaja za skladištenje igrali samo pumpane skladišne ​​stanice, danas se elektrokemijski skladišni uređaji brzo razvijaju, od kojih su najpoznatiji "svježi" Teslini projekti u Kaliforniji i Australiji. Navigant Research predviđa porast godišnjeg unosa kapaciteta za pohranu obnovljivih izvora energije s oko 2 GW u 2018. godini na 24 GW 2026. - 12 puta u osam godina. Godišnji prihod na ovom tržištu povećat će se proporcionalno na 24 milijarde dolara do 2026. godine.

Rastuća potreba za skladištenjem energije natjerala nas je da ponovno razmišljamo o vodiku.

Obnovljiva energija - na benzinskim stanicama

Prije se bilo moguće proizvoditi vodikom elektrolizom, ali tada je bilo potrebno koristiti energiju tradicionalnih termoelektrana koje izgaraju gorivo. Što se tiče viška i jeftine električne energije iz solarnih i vjetroelektrana, bez emisije CO2, zašto ga onda ne pretvorimo u vodik koji se koristi kao čisto gorivo, na primjer, za automobile? Štoviše, ovo će omogućiti napuštanje ugljikovodika kao sirovine za proizvodnju vodika. Upravo na taj put idu mnoge inovativne tvrtke u Europi i svijetu. Britanski ITM Power sudjeluje u projektu Hydrogen Mobility Europe (H2ME), čiji je cilj do 2019. godine pokrenuti mrežu od 29 vodikovih benzinskih crpki u 10 europskih zemalja, koje će opsluživati ​​200 automobila na vodikove gorivne ćelije i 125 hibridnih kamiona. Švedska kompanija Nilsson Energy specijalizirana je za rješenja izolirana iz elektroenergetskog sustava, u kojima se energija sunca i vjetra koristi za primanje i skladištenje vodika i njegovu uporabu za dopunu automobila i opskrbu energijom zgrada.

Vozila na vodikove gorivne ćelije na tržište su već lansirali Honda, Toyota, Hyundai i brojne kineske tvrtke. Ciljana vizija međunarodnog konzorcija Vijeća za vodik, kojeg su 2017. godine u Davosu osnovale najveće industrijske tvrtke kojim predsjeda Toyota, predstavlja više od 400 milijuna automobila, 15-20 milijuna kamiona, 5 milijuna vodikovih autobusa do 2050. godine (tj. Oko 20-25% ukupan iznos). 78% čelnika globalne automobilske industrije koje je KPMG proveo u 2017. godini vjeruje da će takvi automobili biti proboj u sektoru električnih vozila, gurajući automobile na baterije u pozadinu.

Ali prijevoz je daleko od jedinog smjera.

Vodik - integrator plinske kemije i energije

No, najimpresivniji projekt provodi se sada na sjeveru Nizozemske. U ovoj regiji, koja se nalazi neposredno iznad plinskog polja Groningen (uzrok „nizozemske bolesti“), energija bioplina naglo se razvija već nekoliko godina. Prije pet godina automobili su se vozili ulicama s garažnim plinom, biometanom koji se ovdje proizvodi od otpada iz regionalne poljoprivredne industrije s površinom dvije Moskve. Nije iznenađujuće da je upravo ovdje, uz potporu Europske unije, pokrenut projekt Chemport Europe prije godinu dana, čija je glavna svrha stvaranje cjelovitog plinsko-kemijskog klastera, radeći isključivo na lokalnim bioresorima i vodiku s nultom emisijom CO2, Drvena biomasa se obrađuje, a ugljikohidrati nastali u procesu koriste se u kemiji. Električna energija iz obalnih vjetrenjača pretvara se elektrolizom u vodik i kisik. Kisik i vodik koriste se u kemiji, a kisik također sudjeluje u uplinjavanju prerađene biomase s lokalnih polja s površinom većom od milijun hektara. Gasifikacija vam omogućuje dobivanje sintetičkog plina - čiste smjese vodika, CO2 i CO. Tamo se dodaje i čisti vodik iz vjetrenjača. Iz tog plina dobivaju se dušična kiselina, metanol, etilen, propilen, butilen - tvari koje mogu u potpunosti istisnuti naftu i prirodni plin iz svojih stabilnih položaja kao sirovina za kemijsku industriju.

Pokretači projekta izjavljuju kako žele približiti cijenu sintetičkog plina troškovima prirodnog plina. Syngas se može slati na pročišćavanje (bio-LNG), dopunjavati vozilima i koristiti za druge klasične potrebe.

Početna ulaganja u projekt su 50 milijuna eura, od čega su 15 milijuna eura osigurana bespovratnim sredstvima EU.

Je li sve bez oblaka?

Među skepticima vodikove energije nisu samo konzervativci, već i, na primjer, Ilon Mask (iako, naravno, ima sukob interesa: Teslin litij-ionske baterije izravni su konkurencija tehnologiji napajanja i plina). Ukazuje na opasnost od rukovanja vodikom tijekom skladištenja: curenje je gotovo nemoguće utvrditi, a postoji mogućnost stvaranja eksplozivne smjese. Sličnu zabrinutost izrazili su i neki stanovnici Tokija. Je li moguće učinkovito i jeftino riješiti ove probleme usred razvoja konkurentskih tehnologija, vrijeme će pokazati. U međuvremenu se gorivo vodika i dalje događa u centrima svjetskih prijestolnica.

Ostvarene oklade

Do sada je globalno ulaganje u vodikovu energiju, prema različitim procjenama, oko 0,85-1,4 milijarde eura godišnje. Konzorcij Vijeća za vodik planira uložiti 13 milijardi dolara tijekom pet godina u mrežu benzinskih postaja i vodikovih automobila. Prema američkom Ministarstvu energetike, sektor gorivnih ćelija već zapošljava 16.000 građana (do 200.000 izgleda za rast), a financijska potpora iz državnog proračuna SAD-a iznosi oko 100 milijuna dolara godišnje već dugi niz godina. Nekoliko desetaka tvrtki, istraživačkih centara i sveučilišta širom svijeta rade na smanjenju troškova vodikovih tehnologija, posebno, cilj je smanjiti troškove proizvodnje vodika elektrolizom s 11,5 na 5,7 dolara po kilogramu, kao i smanjiti troškove gorivnih ćelija (tri pet puta) i skladištenje vodika (dva do tri puta). Očito, kad se ti ciljevi postignu, „vodikova ekonomija“ bit će nam mnogo bliža nego što se možda čini sada.

Kako će to utjecati na globalno tržište nafte i plina? Što će to značiti za rusku ekonomiju? Kako možemo pronaći svoje mjesto u svijetu "vodikove ekonomije"? Sve su to pitanja na koja se odgovori moraju pripremiti sada.

Pogledajte video: Esoteric Agenda - Best Quality with Subtitles in 13 Languages (Travanj 2020).

Ostavite Komentar