Bränslecellfordon med vätgas har redan marknadsförts av företag som Hyundai, Honda och Toyota samt flera andra kinesiska företag. Men transport är långt ifrån den enda riktningen av vättenergi.
Under de senaste årens mycket profilerade nyheter om miniatyr "solpaneler", om enorma vindkraftverk till havs, om underjordisk lagring av koldioxid, om Tesla-lagringsenheter och andra läckerheter i Energiewende (energiövergång) är det ännu inte mycket begripligt, men det avlägsna rummet om en ny åska från alla traditionella oljeleverantörer hörs redan. el och gas. Denna åskväder kan passera på avstånd, eller det kan förstöra hela den traditionella verksamheten för energigiganter och samtidigt ekonomierna i länder som exporterar kolväten, eller det kan bli ett livgivande regn som stöder uppkomsten av den nya ekonomin.
Denna nya attack är bara det vanligaste elementet i universum. Väte. Vissa prognoser kring detta element på trettio år kommer att finnas en industri med en årlig omsättning på två och en halv biljon dollar och trettio miljoner jobb, som kommer att kunna förflytta nästan 20% av fossila bränslen från världsekonomin.
Låt oss försöka ta reda på vad chansen för dessa scenarier är.
Var kom han ifrån?
Sedan Lavoisier kallade väte för tvåhundra och trettiofem år sedan har han kunnat ta en framträdande plats i branschen. Väte används för att producera metanol, ammoniak och ätlig margarin, och olja bearbetas med den. Det är omöjligt att "ta från naturen" väte i sin rena form, så andra ämnen måste bearbetas - den huvudsakliga metoden för dess produktion fortsätter att vara ångreformering av kolväten. Världen producerar cirka sextiofem miljoner ton väte på bara ett år (om vi jämför: naturgas produceras nästan fyrtio gånger mer).
Vi uppmärksammade vätgasens speciella egenskaper som bränsle i mitten av förra seklet - dess förbränningsvärme är flera gånger högre än bensin, naturgas eller dieselbränsle med samma massa, och inga utsläpp genereras, bara vattenånga. I USA 1970 fanns publikationer om att överföra transport till vätgasbränsle, samtidigt blev termen "väteekonomi" populär - detta är en slags framtidsbild, där amerikanska städer helt flyttar sig från "kolvätekonomin", väte används som bränsle för hem, bilar, kraftverk och energi lagras med väte och produceras med vind och sol där det behövs. Med andra ord är väteekonomin baserad på väte som den mest miljövänliga och mångsidiga energibäraren som ansluter värmekraft,el- och transportsektorn. Snart kom oljekrisen och utvecklingen av vätetransporter fick större betydelse. Så, till exempel, i USSR på 1980-talet verkade det "väte" RAF-minibussar, ett flygplan baserat på Tu-154, och en väte raketmotor för "Energia". Projektets öde är oundvikligt - till exempel tog det åtminstone en tredjedel av den användbara volymen för passagerarutrymmet som skulle avsättas för bränsletankar i planet, vilket i hög grad påverkade transportkostnaderna. I planet måste minst en tredjedel av passagerarutrymmet användbara volym tilldelas bränsletankar, vilket i hög grad påverkade transportkostnaderna. I planet måste minst en tredjedel av passagerarutrymmet användbara volym tilldelas bränsletankar, vilket i hög grad påverkade transportkostnaderna.
Kampanjvideo:
Varför har det inte fungerat än?
Det fanns ingen global övergång av transport till väte under det tjugonde århundradet - kostnaden för en kilometer körning på väte var mycket högre än på konventionellt bränsle. Det främsta skälet är de höga kostnaderna: att producera väte från kolväten (ångreformering) eller vatten (elektrolys) kräver mycket energi. Dessutom åtföljs ångreformering av kolväten av frisläppandet av en växthusgas - CO2 för att bekämpa vilket bland annat tanken att överföra transport till väte riktades. Produktionen av väte med hjälp av elektrolys (nedbrytning av vatten till syre och väte med användning av elektricitet) visade sig vara ännu dyrare än ångreformering, och för att producera den erforderliga elen var det nödvändigt att bränna bränsle med alla utsläpp. Allt detta minskade det initiala intresset lite,och väteekonomin som helhet, fram till slutet av det tjugonde århundradet, förblev bara "framtidens bild".
Vad har förändrats?
"Energiomgången" i den globala elkraftsindustrin ledde till en snabb utveckling av förnybar energi på 2000 - 2010-talet, främst sol- och vindproduktion. Kostnaden för dessa teknologier minskar ständigt (nuvärdet av el från sol- och vindproduktion i USA, enligt Lazard, minskade med 70-80% 2009–2016). Marknaden växer snabbt (enligt IRENA 2016, 71 GW fotovoltaiska solkraftverk och 51 GW vindkraftverk har använts i världen, och 2017 förväntas 90 respektive 40 GW bekräftas) - så, På bara de senaste två åren har mer vind- och solproduktionskapacitet tagits i drift i världen än den totala kapaciteten för alla kraftverk i Rysslands enhetliga energisystem.
Årliga investeringar i sektorn uppgår till mer än 250 miljarder dollar - dubbelt så mycket som investeringar i fossil bränsleproduktion. Prisrekord för solenergi i Mexiko, Dubai, Peru, Abu Dhabi, Chile, Saudiarabien, vindkraft i Brasilien, Kanada, Tyskland, Indien, Mexiko och Marocko nådde nivån på cirka 1,7 rubel per kWh (vid jämförelse: invånare i Moskva och regionen betalar två till tre gånger mer för el i sina hem).
Som Internationella energimyndigheten förutspår kommer 2040 elproduktionen från sol- och vindkraftverk i världen att vara från 13% till 34% (2016 - 5%). Det är tydligt att andelen av dessa källor i vissa regioner kommer att bli ännu större.
Så övergår elkraftsindustrin allt mer till produktionskällor som är stokastiska och beror på tid på dygnet och klimatförhållandena. Effekterna av fluktuationer i generationen vid vind- och solkraftverk (när solen plötsligt slutar att skina och vinden blåser) på kraftsystemet, om deras andel i regionen är hög, kan jämföras med den kaotiska på- och avstängning av en stor kraftvärme - flera gånger om dagen. Dessutom genererar dessa stationer ibland mycket mer än alla konsumenter i kraftsystemet behöver, och då visar sig elkostnaden vara "negativ" - sådana nyheter kommer regelbundet från exempelvis Tyskland.
De lärde sig att hantera sådana fluktuationer genom att skapa energilagringsenheter som "laddar" under perioder med överskottsenergi och "urladdning" under perioder med energibort. Om under det tjugonde århundradet rollen för sådana lagringsenheter bara spelades av pumpade lagringsstationer, utvecklas idag elektrokemiska lagringsenheter, varav de mest kända är Teslas "färska" projekt i Kalifornien och Australien. Navigant Research förutspår en ökning av den årliga mängden lagringskapacitet för förnybara energikällor från cirka 2 GW 2018 till 24 GW 2026 - tolv gånger på åtta år. Årliga intäkter på denna marknad kommer att växa proportionellt till 24 miljarder dollar år 2026.
Det växande behovet av energilagring fick människor att tänka om väte.
Förnybar energi - på bensinstationer
Det var möjligt att producera väte genom elektrolys innan, men då var det nödvändigt att använda energin från traditionella värmekraftverk som bränner bränsle. När det gäller överskott och billig el från sol- och vindkraftsparker, fria från koldioxidutsläpp, varför inte konvertera den till väte, som kan användas som rent bränsle, till exempel för bilar? Dessutom kommer detta att göra det möjligt att överge kolväten som råvaror för väteproduktion. Många innovativa företag i Europa och världen följer exakt denna väg. UK-baserad ITM Power deltar i projektet Hydrogen Mobility Europe (H2ME), som syftar till att lansera ett nätverk av tjugonio vätgasfyllningsstationer i tio europeiska länder senast 2019.som kommer att betjäna två hundra vätgasbränsleceller och hundra tjugofem hybridbilar. Sveriges Nilsson Energy är specialiserad på nätisolerade lösningar som använder sol- och vindkraft för att generera och lagra väte och använda det för att driva bilar och kraftbyggnader.
Bränslecellfordon med vätgas har redan marknadsförts av Honda, Toyota, Hyundai och ett antal kinesiska företag. Målvisionen för det internationella konsortium Hydrogen Council, som grundades i Davos 2017 av de största industriföretagen under ordförande för Toyota, är mer än 400 miljoner personbilar, 15-20 miljoner lastbilar, 5 miljoner bussar som körs på väte år 2050 (det vill säga cirka 20-25% av total). 78% av de globala personaldirektörerna som undersökts av KPMG 2017 tror att sådana fordon kommer att bli ett genombrott inom elfordonssektorn, vilket överskuggar batteridrivna bilar.
Men transport är långt ifrån den enda riktningen.
Väte till varje hem
Stationära bränsleceller (bränsleceller) - en dynamiskt utvecklande teknik som gör att du kan få elektrisk och termisk energi från väte eller naturgas direkt i husområdet eller i källaren i huset. Det finns bara en utsläpp när man använder väteskenvatten som kan användas för luftkonditionering. Kompakta modulära enheter på kylskåpets storlek är helt tyst. Enligt prognosen från Navigant Research kommer kapaciteten för stationära bränsleceller att växa från 500 MW 2018 till 3000 MW 2025.
Sådana installationer kombineras med förnybara energikällor, elektrolysatorer, energilagringsenheter och möjliggör skapandet av fullständiga autonoma energikällor för hushållet. Den nuvarande kostnaden för elektricitet från naturgasbränsleceller i USA är enligt Lazard ($ 106-167 per MWh) redan ungefär lika med indikatorerna på kärnkraftverk ($ 112-183 per MWh) och kol (60-231 $ per MWh) kraftverk och mindre än nuvärdet för enskilda solpaneler på taket ($ 187–319 per MWh). I Japan, tack vare storskaliga statliga subventioner, fanns det redan mer än 120 000 sådana installationer under 2014, och målvärdena är mer än 1 miljon år 2020 och mer än 5 miljoner år 2030.
I takt med att teknik blir billigare (massproduktion, standardisering) och når deras självförsörjning planerar den japanska regeringen att börja införa vätgasbränsleceller - det förväntas att detta kommer att ske senast 2030. Bränsleceller är utan tvekan det viktigaste lovande segmentet med distribuerad energiteknologi, vars potential i Ryssland enligt en ny studie från Skolkovo-skolans energicentrum är tillräcklig för att täcka minst hälften av behovet av att generera kapacitet fram till 2035.
Effekt-Gas
Väte erhållet från förnybara energikällor kan blandas i gasöverförings- och gasdistributionsnät. En sådan station har varit verksam i Frankfurt am Main sedan 2014 och lägger till upp till 2% väte till det lokala gasdistributionsnätet (en sådan begränsning av väteinnehållet gör det möjligt att inte ändra någonting varken i nätverket eller hos konsumenterna). Det finns flera liknande föremål i Tyskland, de finns också i Italien, Danmark, Nederländerna. Ibland blandas väte till biogas, vilket ökar dess värde.
I Storbritannien betraktas väte allvarligt som ett sätt att drastiskt minska utsläppen från hushållen (85% av hushållen i landet förbränner naturgas för uppvärmning). För staden Leeds, med en befolkning på mer än 780 000 invånare, genomfördes 2017 en detaljerad utvärdering av investeringsbehovet för fullständig omvandling av gasförsörjningssystemet till väte - från att byta ut pannor vid konsumenter till skapandet av underjordiska vätgaslagrings- och ångreformeringsenheter. Investeringsbeloppet uppskattas till hundra sextio miljarder rubel. Detta projekt kommer att skalas till hela landet, särskilt eftersom brittiska städer under 1800-talet och första hälften av 1900-talet redan använde konstgjord "stadsgas" som innehåller upp till 50% väte. Under tiden planerar gasföretag att gradvis öka andelen väte till 20%,undvika storskalig återuppbyggnad av gasnät och pannor hos konsumenterna.
Sedan 2013 har japanska företag diskuterat med RusHydro möjligheten att skapa en väteproduktionsanläggning i ryska Fjärran Östern med kraft-till-gas-teknik för export. Den japanska sidans beräkningar baseras främst på användningen av billig el från vattenkraftverk. Enligt ett avtal undertecknat vid Eastern Economic Forum hösten 2017 ska Kawasaki Heavy Industries uppdatera genomförbarhetsstudien för detta projekt. När infrastrukturen i Fjärran Östern utvecklas och kostnaderna för elektrolys- och vätelogistikteknologier minskar kommer intresset för sådana projekt uppenbarligen bara att växa. Med tanke på den enorma potentialen för förnybar energi i denna region kan man förutsäga uppkomsten av lovande exportprojekt här.
Väte - integrator av gaskemi och energi
Men det mest imponerande projektet är nu i norra Nederländerna. I denna region, belägen direkt ovanför Groningen-gasfältet (orsaken till "nederländska sjukdomen"), har biogasenergi blomstrat i flera år. Redan för fem år sedan körde bilar genom gatorna på grön gas - biometan som producerats här från avfallet från jordbruksindustrin i regionen med ett område på två Moskva. Det är inte förvånande att det var här, med stöd av Europeiska unionen, som projektet Chemport Europe lanserades för ett år sedan, vars huvudmål är att skapa ett fullgodt gaskemikaliekluster som uteslutande arbetar med lokala biologiska resurser och väte med noll CO2-utsläpp. Woody biomassa bearbetas, kolhydrater som bildas i processen används i kemi. Elektricitet från vindkraftverk till havs omvandlas till väte och syre av elektrolysatorer. Syre och väte används i kemi, och syre är också involverat i förgasning av bearbetad biomassa från lokala fält på över en miljon hektar. Förgasning gör det möjligt att erhålla syntetisk gas - en ren blandning av väte, CO2 och CO. Rent väte från vindkraftverk läggs också där. Från denna gas erhålles salpetersyra, metanol, eten, propen, butylen - ämnen som helt kan förflytta olja och naturgas från sina stabila positioner som råmaterial för den kemiska industrin.som helt kan förflytta olja och naturgas från sina stabila positioner som råmaterial för den kemiska industrin.som helt kan förflytta olja och naturgas från sina stabila positioner som råmaterial för den kemiska industrin.
Projektinitiatörerna förklarar sin önskan att föra kostnaden för syntetisk gas närmare kostnaden för naturgas. Syngas kan skickas för kondensering (bio-LNG), tankas av fordon och användas för andra klassiska behov.
Den initiala investeringen i projektet är 50 miljoner euro, varav 15 miljoner euro ges av bidrag från Europeiska unionen.
Hydrogen Olympic Village
En olympisk by byggs i Tokyo för OS 2020, som kommer att ta emot upp till 17 000 gäster. Den viktigaste energikällan i byn kommer att vara väte: bilar, bensinstationer, bränsleceller, värme och el i hus, gas i spisar och pannor - allt detta kommer att drivas på väte.
Är allt så molnfritt?
Bland skeptikerna till väteenergi finns inte bara konservativa utan också till exempel Elon Musk (även om han naturligtvis har en intressekonflikt: Teslas litiumjonbatterier är en direkt konkurrent till kraft-till-gas-teknik). Det indikerar farorna med att hantera väte under lagring: läckor är nästan omöjliga att upptäcka och det finns potential för en explosiv blandning att bildas. Vissa Tokyo-invånare har uttryckt liknande oro. Huruvida det är möjligt att effektivt och billigt lösa dessa problem mot bakgrund av utvecklingen av konkurrerande tekniker kommer tiden att visa. Under tiden fortsätter bränslepåfyllningsstationer att dyka upp i världens huvudstäder.
Spel har redan placerats
Hittills uppskattas globala investeringar i väteenergi till cirka 0,85-1,4 miljarder euro per år, enligt olika uppskattningar. Hydrogen Council-konsortiet planerar att investera 13 miljarder dollar under fem år i nätverk för vätgasstationer och vätebilar. Enligt det amerikanska energidepartementet sysselsätter redan 16 000 personer (med en tillväxtpotential på upp till 200 000), och ekonomiskt stöd från den amerikanska regeringsbudgeten har varit cirka 100 miljoner dollar per år under många år. Flera dussin företag, forskningscentra och universitet runt om i världen arbetar för att sänka kostnaden för vätteknologier, i synnerhet är målet att sänka kostnaden för väteproduktion genom elektrolys från $ 11,5 till $ 5,7 per kilo,liksom att sänka kostnaden för bränsleceller (tre till fem gånger) och vätgaslagring (två till tre gånger). Uppenbarligen, när dessa mål uppnås, kommer "väteekonomin" att vara mycket närmare oss än den nu kan föreställas.
Hur kommer det att påverka de globala olje- och gasmarknaderna? Vad kommer det att betyda för den ryska ekonomin? Hur hittar vi vår plats i väteekonomivärlden? Allt detta är frågor vars svar måste förberedas nu.
