A hidrogénüzemű járműveket már olyan cégek forgalmazták, mint a Hyundai, a Honda és a Toyota, valamint számos más kínai vállalat. A közlekedés azonban messze van a hidrogénenergia egyetlen irányától.
Az elmúlt évek kiemelkedő hírei a miniatűr "napelemekről", a hatalmas tengeri szélturbinákról, a CO2 föld alatti tárolásáról, a Tesla tárolóeszközökről és az Energiewende egyéb örömeiről (energiaátmenet) még nem igazán olvashatók, de a hagyományos olajszállítók új zivatarának távoli zümmögése már hallható. villamos energia és gáz. Ez a zivatar távolságban elhaladhat, vagy tönkreteheti az energia óriások teljes hagyományos üzleti tevékenységét, és ezzel egyidejűleg azon országok gazdaságait is, amelyek exportálják a szénhidrogéneket, vagy élettakarékos esővé válhat, támogatva az új gazdaság megjelenését.
Ez az új támadás csak a leggyakoribb elem az univerzumban. Hidrogén. Néhány előrejelzés ezen elem körül harminc év alatt olyan ágazat lesz, amelynek éves forgalma két és fél trillió dollár, harminc millió munkahely lesz, és amely képes a fosszilis tüzelőanyagok közel 20% -át kiszorítani a világgazdaságból.
Próbáljuk kitalálni, milyen esélyek vannak ezekre a forgatókönyvekre.
Honnan jött?
Mivel Lavoisier kétszázharmincöt évvel ezelőtt a hidrogénnevet kapta, képes volt kiemelkedő helyet foglalni az iparban. A hidrogént metanol, ammónia és ehető margarin előállításához használják, és az olajjal feldolgozzák. Lehetetlen a hidrogént tiszta formában „elvenni a természetből”, ezért más anyagokat is meg kell dolgozni - előállításának fő módszere továbbra is a szénhidrogének gőzzel történő reformálása. A világ körülbelül hatvanöt millió tonna hidrogént termel csak egy év alatt (ha összehasonlítanánk: a földgázt csaknem negyvenszer több termelik).
Felhívtuk a figyelmet a hidrogén mint üzemanyag különleges tulajdonságaira a múlt század közepén - égési hője többször magasabb, mint az azonos tömegű benzin, földgáz vagy dízelüzemanyagé, és nem keletkezik emisszió, csak vízgőz. Az Egyesült Államokban 1970-ben megjelentek publikációk a szállításnak a hidrogénüzemanyagokra való áthelyezéséről, ugyanakkor a "hidrogéngazdaság" kifejezés népszerűvé vált - ez egyfajta jövőkép, amelyben az amerikai városok teljesen elmozdulnak a "szénhidrogéngazdaságtól", és a hidrogént tüzelőanyagként használják. otthonok, autók, erőművek és az energia hidrogénnel tárolódnak, és szükség esetén szél és nap felhasználásával készülnek. Más szavakkal: a hidrogéngazdaság alapja a hidrogén, mint a leginkább környezetbarát és sokoldalú energiahordozó, amely összeköti a hőenergiát,a villamosenergia- és a közlekedési ágazat. Hamarosan megérkezett az olajválság, és a hidrogénszállítás fejlesztése nagyobb hangsúlyt kapott. Tehát például a Szovjetunióban az 1980-as években megjelentek "hidrogén" RAF minibuszok, egy Tu-154 alapú repülőgép és egy hidrogénrakétamotor az "Energia" számára. Ennek a projektnek a sorsa nem elítélhetetlen - például az utastér használható mennyiségének legalább egyharmadát a repülőgép üzemanyag-tartályaira kellett kiosztani, ami nagyban befolyásolta a szállítás költségeit. A síkban az utastér hasznos térfogatának legalább egyharmadát üzemanyagtartályokra kellett elkülöníteni, ami nagyban befolyásolta a szállítás költségeit. A síkban az utastér hasznos térfogatának legalább egyharmadát üzemanyagtartályokra kellett elkülöníteni, ami nagyban befolyásolta a szállítás költségeit.
Promóciós videó:
Miért nem alakult ki még?
A huszadik században nem történt globális áttérés a hidrogénszállításra - a hidrogénnél futott kilométer költségei sokkal magasabbak voltak, mint a hagyományos üzemanyagoké. Ennek fő oka a magas költség: hidrogén előállítása szénhidrogénekből (gőzreformálás) vagy vízből (elektrolízis) sok energiát igényel. Ezenkívül a szénhidrogének gőzzel történő reformálását üvegházhatású gáz - CO2 kibocsátása kíséri, amelynek leküzdésére többek között az a gondolat irányult, hogy a szállítást hidrogénné alakítsák át. A hidrogén elektrolízissel történő előállítása (a víz bomlása oxigénné és hidrogénné elektromos áram felhasználásával) még drágábbnak bizonyult, mint a gőzreformálás, és a szükséges villamos energia előállításához az üzemanyagot minden kibocsátással el kellett égetni. Mindez egy kicsit csökkentette a kezdeti érdeklődést,és a hidrogéngazdaság egésze a huszadik század végéig csak a „jövőkép” maradt.
Mi változott?
A globális villamosenergia-iparban az „energiaátmenet” a megújuló energia gyors fejlődéséhez vezetett a 2000-es - 2010-es években, elsősorban a napenergia és a szélenergiában. Ezen technológiák költsége folyamatosan csökken (az Egyesült Államokban a napenergia és a szélenergia termeléséből származó villamos energia jelenlegi értéke Lazard szerint 70-80% -kal csökkent 2009-2016 között). A piac gyorsan növekszik (2016-ban az IRENA szerint 71 GW fényelektromos napelemeket és 51 GW szélerőműveket bocsátottak üzembe a világon, és 2017-ben várhatóan 90 és 40 GW erősítés várható) - tehát, Alig az elmúlt két évben több szél- és napenergia-termelési kapacitást rendeltek el a világon, mint az oroszországi egységes energiarendszer összes erőművi teljes kapacitása.
Az ágazatban az éves beruházások meghaladják a 250 milliárd dollárt - kétszer annyiban, mint a fosszilis tüzelőanyagok előállításához. A napenergia árainak rekordjai Mexikóban, Dubaiban, Peruban, Abu Dhabiban, Chilében, Szaúd-Arábiában, a szélenergia Brazíliában, Kanadában, Németországban, Indiában, Mexikóban és Marokkóban elérték a 1,7 rubelt / kWh (ha összehasonlítjuk: a moszkvai és a térség lakosai kétszer-háromszor annyit fizetnek az otthoni villamosenergiaért)
Amint a Nemzetközi Energiaügynökség előrejelzi, 2040-re a világon a napenergia és a szélerőművek villamosenergia-termelésének aránya 13–34% lesz (2016-ban - 5%). Nyilvánvaló, hogy ezen régiók részaránya egyes régiókban még nagyobb lesz.
Tehát az villamosenergia-ipar egyre inkább olyan generációs forrásokra vált át, amelyek sztochasztikusak és függnek a napi időtől és az éghajlati viszonyoktól. A szélerőművek és a napenergia-erőművek generációjának ingadozásainak hatása (amikor a nap hirtelen leáll, és a szél fúj) az energiarendszerre, ha arányuk a régióban magas, összehasonlítható a nagy CHP kaotikus be- és kikapcsolásával - naponta többször. Sőt, néha ezek az állomások sokkal többet termelnek, mint az energiarendszer minden fogyasztójának szüksége van, és akkor az elektromos áram költségei negatívnak bizonyulnak - ilyen híreket például rendszeresen érkeznek például Németországból.
Megtanultuk, hogyan kell megbirkózni az ilyen ingadozásokkal olyan energiatároló készülékek létrehozásával, amelyek „töltenek” túlzott energiamennyiség alatt és „ürítik” az energiahiány időszakaiban. Ha a huszadik században az ilyen tárolóeszközök szerepét csak a szivattyúzott tárolóállomások játszották, manapság az elektrokémiai tárolóeszközök aktívan fejlődnek, amelyek közül a legismertebbek a Tesla Kaliforniában és Ausztráliában zajló "friss" projektjei. A Navigant Research előrejelzi a megújuló energiaforrások tárolókapacitásának éves üzembe helyezését 2018-ban körülbelül 2 GW-ról 2026-ig 24 GW-ra - nyolc év alatt tizenkét alkalommal. A piacon az éves bevétel arányosan növekszik, 2026-ra 24 milliárd dollárra.
Az energiatárolás iránti növekvő igény arra késztette az embereket, hogy újból gondolkodjanak a hidrogénről.
Megújuló energia - benzinkutaknál
Korábban elektrolízissel lehetett hidrogént előállítani, de akkor szükség volt a hagyományos hőerőművek energiájára, amelyek üzemanyagot égetnek. Ha a napenergia és a szélerőművekből származó szén-dioxid-kibocsátástól mentes többletet és olcsó villamos energiát alkalmazunk, miért ne konvertálnánk hidrogénné, amelyet tiszta üzemanyagként lehet használni például autók számára? Ezenkívül lehetővé teszi a szénhidrogének, mint hidrogéntermelés alapanyagának elhagyását. Számos innovatív vállalat Európában és a világon pontosan ezt az utat követi. Az Egyesült Királyságban működő ITM Power részt vesz a Hydrogen Mobility Europe (H2ME) projektben, amelynek célja 2019-ig tíz európai országban huszonkilenc hidrogén töltőállomás hálózatának elindítása.amely kétszáz hidrogén üzemanyagcella-autót és száz huszonöt hibrid teherautót fog kiszolgálni. A svéd Nilsson Energy a hálózatról elkülönített megoldásokra szakosodott, amelyek napenergia és szélenergia felhasználásával hidrogént állítanak elő és tárolnak, és autók és erőművek üzemanyagához használják.
A hidrogénüzemű járműveket a Honda, a Toyota, a Hyundai és számos kínai vállalat már forgalmazta. A Hydrogen Council nemzetközi konzorcium, amelyet a legnagyobb ipari vállalkozások a Toyota elnöklete alatt alapítottak 2017-ben Davosban, célkitűzése több mint 400 millió személygépkocsi, 15-20 millió teherautó, 5 millió hidrogénnel közlekedő busz 2050-re (vagyis a teljes). A KPMG által 2017-ben megkérdezett globális autóipari vezetők 78% -a szerint az ilyen járművek áttörést jelentenek az elektromos járművek ágazatában, lenyomva az akkumulátorral működő autókat.
De a közlekedés messze nem az egyetlen irány.
Hidrogén minden otthonba
Helyhez kötött üzemanyagcellák (üzemanyagcellák) - egy dinamikusan fejlődő technológia, amely lehetővé teszi elektromos és hőenergia előállítását hidrogénből vagy földgázból közvetlenül a ház területén vagy a ház alagsorában. Csak egy kibocsátás jelentkezik hidrogén-tiszta víz használata esetén, amely felhasználható a légkondicionáláshoz. A hűtőszekrény méretű kompakt modulok teljesen csendben vannak. A Navigant Research előrejelzése szerint a helyhez kötött üzemanyagcellák kapacitása 2018-ban 500 MW-ról 2025-re 3000 MW-ra növekszik.
Az ilyen létesítményeket megújuló energiaforrásokkal, elektrolizátorokkal, energiatároló egységekkel kombinálják, és lehetővé teszik, hogy teljes értékű, autonóm energiaforrásokat hozzon létre a háztartás számára. Az USA-ban a földgázüzemű cellákból származó villamos energia jelenlegi költsége Lazard szerint (106–167 dollár / MWh) már megközelítőleg megegyezik az atomerőművek (112–183 dollár / MWh) és a szén (60–231 dollár / MWh) erőművi mutatókkal és kevesebb, mint az egyes tetőtéri napelemek jelenértéke (187–319 USD / MWh). Japánban a hatalmas állami támogatásoknak köszönhetően 2014-ben már több mint 120 000 ilyen létesítmény létezett, és a célértékek több mint 1 millió 2020-ra és több mint 5 millió 2030-ra.
Mivel a technológiák olcsóbbá válnak (tömegtermelés, szabványosítás) és elérik önellátásukat, a japán kormány azt tervezi, hogy megkezdi a hidrogénüzemű cellák bevezetését - ez várhatóan 2030-ra megtörténik. Az üzemanyagcellák kétségkívül a megosztott energiatechnológiák legfontosabb ígéretes szegmense, amelynek Oroszországban rejlő lehetőségei a Skolkovo Iskola Energiaközpontja által készített nemrégiben készült tanulmány szerint elegendőek ahhoz, hogy 2035-ig legalább a kapacitások előállítási igényének felét fedezzék.
Teljesítmény-gáz
A megújuló energiaforrásokból előállított hidrogén keverhető a gázszállító és gázelosztó hálózatokba. Egy ilyen állomás 2014 óta működik Frankfurt am Mainban, és legfeljebb 2% hidrogént ad hozzá a helyi gázelosztó hálózathoz (a hidrogéntartalom ilyen korlátozása lehetővé teszi, hogy a hálózatokban vagy a fogyasztókban semmit sem változtassunk meg). Számos hasonló tárgy van Németországban, ezek megtalálhatók Olaszországban, Dániában és Hollandiában is. Időnként hidrogént kevernek biogázzá, növelve ennek értékét.
Az Egyesült Királyságban a hidrogént komolyan veszik a háztartások kibocsátásának radikális csökkentésének egyik módjaként (az ország háztartásainak 85% -a fűtésre földgázt éget). A több mint 780 000 lakosú Leeds városban 2017-ben részletesen megvizsgálták a gázellátó rendszer hidrogénné történő teljes átalakításának beruházási igényét - a kazánok cseréjétől a fogyasztókig, a föld alatti hidrogén tároló létesítmények és gőzreformáló egységek létrehozásáig. A beruházás összege becslések szerint százhatvan milliárd rubel. A projektet az ország egészére kiterjesztik, különösen mivel a brit városok a 19. században és a 20. század első felében már 50% hidrogéntartalmú mesterséges „városi gázt” használtak. Időközben a gázipari társaságok azt tervezik, hogy fokozatosan 20% -ra növelik a hidrogén részesedését,a fogyasztók számára a gázhálózatok és a kazánok nagyszabású rekonstrukciójának elkerülése.
2013 óta a japán vállalatok megvitatták a RusHydro-val egy, a hosszú távú oroszországi hidrogéntermelő üzem létrehozásának lehetőségét energia-gáz technológia felhasználásával azzal a céllal, hogy azt exportálják. A japán fél számításai elsősorban a vízerőművekből származó olcsó villamos energia felhasználására vonatkoznak. A keleti gazdasági fórumon 2017 őszén aláírt megállapodás értelmében a Kawasaki Heavy Industries frissíti a projekt megvalósíthatósági tanulmányát. A Távol-Kelet infrastruktúrájának fejlődésével, valamint az elektrolízis és a hidrogén logisztikai technológiák költségeinek csökkenésével az ilyen projektek iránti érdeklődés nyilvánvalóan csak növekszik. Figyelembe véve a megújuló energia hatalmas potenciálját ebben a régióban, előre jelezhető az ígéretes exportprojektek megjelenése itt.
Hidrogén - a gázkémia és az energia integrátora
De a leglátványosabb projekt most Hollandia északi részén van. Ebben a régióban, közvetlenül a Groningeni gázmező felett (a „holland betegség oka”) a biogázenergia évek óta virágzik. Már öt évvel ezelőtt az autók utcákon haladtak gázos gázon - biometán, amelyet itt állítottak elő a régió két mezőgazdasági területének mezőgazdasági iparának hulladékából. Nem meglepő, hogy itt, az Európai Unió támogatásával, indult egy évvel ezelőtt a Chemport Europe projekt, amelynek fő célja egy teljes értékű gázkémiai klaszter létrehozása, amely kizárólag a helyi biológiai erőforrásokra és a hidrogénre vonatkozik, nulla CO2-kibocsátással. A fás biomasszát feldolgozzák, az eljárás során képződött szénhidrátokat a kémiában használják fel. A tengeri szélerőművekből származó villamos energiát hidrogénné és oxigénné alakítják elektrolizátorok. Az oxigént és a hidrogént a kémiában használják, és az oxigén szintén részt vesz a több mint egymillió hektárnyi helyi területekről származó feldolgozott biomassza gázosításában. A gázosítás lehetővé teszi szintetikus gáz - hidrogén, CO2 és CO tiszta keveréke - előállítását. A szélturbinákból származó tiszta hidrogént szintén hozzáadják. Ebből a gázból salétromsavat, metanolt, etilént, propilént és butilént kapnak - olyan anyagok, amelyek teljes mértékben kiszoríthatják az olajat és a földgázt stabil helyzetükben kémiai alapanyagként.amelyek teljes mértékben kiszoríthatják az olajat és a földgázt stabil helyzetéből, mint vegyipari alapanyagból.amelyek teljes mértékben kiszoríthatják az olajat és a földgázt stabil helyzetéből, mint vegyipari alapanyagból.
A projekt kezdeményezői kijelentik azon szándékukat, hogy a szintetikus gáz költségeit közelebb hozzák a földgáz költségeihez. A szénhidrogéneket cseppfolyósításhoz (bio-LNG) küldhetik, járművekkel feltölthetik és más klasszikus igényekhez felhasználhatják.
A projekt kezdeti beruházása 50 millió euró, ebből 15 millió eurót az Európai Unió támogatása nyújt.
Hidrogén olimpiai falu
Tokióban egy olimpiai falut építenek a 2020-as olimpia számára, amely akár 17 000 vendég fogadására is képes. A falu fő energiaforrása a hidrogén lesz: autók, benzinkutak, üzemanyagcellák, hő és villamos energia a házakban, gáz a kályhákban és a kazánokban - mindez hidrogénnel fog működni.
Minden olyan felhőtlen?
A hidrogénenergia szkeptikusai között nemcsak a konzervatívok, hanem például Elon Musk is szerepel (bár természetesen összeférhetetlensége van: a Tesla lítium-ion akkumulátorjai közvetlen versenytársak a gáz-energia technológiának). Ez jelzi a hidrogén tárolás során történő kezelésének veszélyeit: szivárgásokat szinte lehetetlen felismerni, és fennáll a lehetőség, hogy robbanásveszélyes keverék keletkezzen. Egyes Tokió lakosai hasonló aggodalmakat fejeztek ki. Az idő fogja megmutatni, hogy lehetséges-e ezeket a problémákat hatékonyan és olcsón megoldani a versengő technológiák fejlődésének hátterében. Időközben a hidrogén üzemanyagtöltő állomások továbbra is megjelennek a világvárosok központjában.
A fogadásokat már megtették
Eddig a hidrogénenergia-beruházások becslései szerint különböző becslések szerint évente körülbelül 0,85–1,4 milliárd eurót tesznek ki. A Hidrogén Tanács konzorciuma öt év alatt 13 milliárd dollárt szándékozik befektetni a hidrogén töltőállomások hálózatába és a hidrogénjárművekbe. Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma szerint az üzemanyagcellák ágazata már 16 000 polgárt foglalkoztat (200 000-ig terjedő növekedési potenciállal rendelkezik), és az Egyesült Államok kormányának költségvetési támogatása évente mintegy 100 millió dollár. Több tucat vállalat, kutatóközpont és egyetem világszerte dolgozik a hidrogéntechnológiák költségeinek csökkentésén, különösképpen a cél az, hogy a hidrogéntermelés költségeit elektrolízissel 11,5 dollárról 5,7 dollárra csökkentsék kilogrammonként,valamint csökkenti az üzemanyagcellák (három-ötszörös) és a hidrogén-tárolás (két-háromszor) költségeit. Nyilvánvaló, hogy amikor ezeket a célokat elérjük, a „hidrogéngazdaság” sokkal közelebb áll hozzánk, mint ahogy most elképzelhetjük.
Hogyan befolyásolja ez a globális olaj- és gázpiacot? Mit jelent ez az orosz gazdaság számára? Hogyan találjuk meg helyünket a hidrogéngazdaság világában? Mindezek a kérdések, amelyekre a válaszokat most fel kell készíteni.