Ūdeņraža kurināmā elementu transportlīdzekļus jau tirgojuši tādi uzņēmumi kā Hyundai, Honda un Toyota, kā arī vairāki citi Ķīnas uzņēmumi. Bet transports ir tālu no vienīgā ūdeņraža enerģijas virziena.
Pēdējo gadu augsta līmeņa ziņās par miniatūrām "saules flīzēm", par milzīgām jūras vēja turbīnām, par CO2 uzglabāšanu pazemes teritorijās, par Tesla glabāšanas ierīcēm un citiem Energiewende priekiem (enerģijas pāreja) tas vēl nav ļoti labi salasāms, taču visu tradicionālo naftas piegādātāju tālās dārdoņa par jaunu negaisu ir jau dzirdama. elektrība un gāze. Šis negaiss var novirzīties no attāluma, vai arī tas var iznīcināt visu tradicionālo enerģētikas gigantu biznesu un tajā pašā laikā to valstu ekonomiku, kuras eksportē ogļūdeņražus, vai arī tas var kļūt par dzīvību radošu lietu, atbalstot jaunās ekonomikas rašanos.
Šis jaunais uzbrukums ir tikai visizplatītākais elements Visumā. Ūdeņradis. Dažas prognozes par šo elementu trīsdesmit gadu laikā radīs nozari, kuras gada apgrozījums ir divarpus triljoni dolāru un trīsdesmit miljoni darba vietu, kas spēs no pasaules ekonomikas aizstāt gandrīz 20% fosilā kurināmā.
Mēģināsim izdomāt, kādas ir šo scenāriju iespējas.
No kurienes viņš nāca?
Kopš Lavoisjērs pirms divsimt trīsdesmit pieciem gadiem nosauca ūdeņradi, viņš ir spējis ieņemt ievērojamu vietu šajā nozarē. Ūdeņradis tiek izmantots metanola, amonjaka un pārtikas margarīna ražošanai, un ar to tiek apstrādāta eļļa. Ūdeņradi tīrā veidā nav iespējams “ņemt no dabas”, tāpēc ir jāapstrādā citas vielas - galvenā tā ražošanas metode joprojām ir ogļūdeņražu reformēšana tvaikos. Pasaule tikai gada laikā saražo apmēram sešdesmit piecus miljonus tonnu ūdeņraža (ja salīdzinām: dabasgāzi saražo gandrīz četrdesmit reizes vairāk).
Mēs vērsām uzmanību uz ūdeņraža kā kurināmā īpašajām īpašībām pagājušā gadsimta vidū - tā sadegšanas siltums ir vairākas reizes lielāks nekā tādas pašas masas benzīnam, dabasgāzei vai dīzeļdegvielai, un tajā nerodas izmeši, tikai ūdens tvaiki. Amerikas Savienotajās Valstīs 1970. gadā bija publikācijas par transporta pārvietošanu uz ūdeņraža degvielu, tajā pašā laikā kļuva populārs termins “ūdeņraža ekonomika” - tas ir sava veida nākotnes tēls, kurā Amerikas pilsētas pilnībā attālinās no “ogļūdeņražu ekonomikas”, ūdeņradis tiek izmantots kā degviela mājas, automašīnas, spēkstacijas un enerģiju uzglabā ar ūdeņradi un vajadzības gadījumā ražo ar vēju un sauli. Citiem vārdiem sakot, ūdeņraža ekonomikas pamatā ir ūdeņradis kā videi draudzīgākais un daudzpusīgākais enerģijas nesējs, kas savieno siltumenerģiju,elektrības un transporta nozare. Drīz ieradās naftas krīze, un ūdeņraža transporta attīstībai tika piešķirta lielāka nozīme. Tā, piemēram, PSRS astoņdesmitajos gados parādījās "ūdeņraža" RAF mikroautobusi, lidaparāts, kura pamatā ir Tu-154, un enerģijas avota ūdeņraža raķešu motors. Šī projekta liktenis ir neapskaužams - piemēram, vajadzēja vismaz trešdaļu no izmantojamā pasažieru nodalījuma apjoma atvēlēt lidmašīnas degvielas tvertnēm, kas ievērojami ietekmēja pārvadāšanas izmaksas. Plaknē vismaz trešdaļa no pasažieru nodalījuma lietderīgā apjoma bija jāpiešķir degvielas tvertnēm, kas ievērojami ietekmēja pārvadāšanas izmaksas. Plaknē vismaz trešdaļa no pasažieru nodalījuma lietderīgā apjoma bija jāpiešķir degvielas tvertnēm, kas ievērojami ietekmēja pārvadāšanas izmaksas.
Reklāmas video:
Kāpēc tas vēl nav izstrādāts?
Divdesmitajā gadsimtā nebija globālas transporta pārejas uz ūdeņradi - viena kilometra izmaksas par ūdeņradi bija daudz augstākas nekā parastajai degvielai. Galvenais iemesls ir augstās izmaksas: ūdeņraža iegūšanai no ogļūdeņražiem (tvaika reformēšana) vai ūdenim (elektrolīze) ir nepieciešams daudz enerģijas. Turklāt ogļūdeņražu reformēšanai tvaikos tiek pievienota siltumnīcefekta gāze - CO2, lai cita starpā cīnītos pret to, ka tika virzīta ideja pārcelt transportu uz ūdeņradi. Ūdeņraža ražošana, izmantojot elektrolīzi (ūdens sadalīšana skābeklī un ūdeņradī, izmantojot elektrību), izrādījās pat dārgāka nekā tvaika pārveidošana, un, lai iegūtu nepieciešamo elektrību, bija nepieciešams sadedzināt degvielu ar visām emisijām. Tas viss nedaudz mazināja sākotnējo interesi,un ūdeņraža ekonomika kopumā līdz pat divdesmitā gadsimta beigām palika tikai kā “nākotnes tēls”.
Kas ir mainījies?
“Enerģijas pāreja” pasaules elektroenerģijas nozarē noveda pie straujas atjaunojamās enerģijas attīstības 2000.-2010. Gados, galvenokārt saules un vēja enerģijas ražošanā. Šo tehnoloģiju izmaksas pastāvīgi samazinās (Amerikas Savienotajās Valstīs saules un vēja enerģijas ražošanā saražotās elektroenerģijas pašreizējā vērtība 2009. – 2016. Gadā ir samazinājusies par 70–80%). Tirgus strauji aug (2016. gadā saskaņā ar IRENA datiem pasaulē tika nodotas ekspluatācijā 71 GW fotoelektriskās saules spēkstacijas un 51 GW vēja elektrostacijas, un 2017. gadā tiek apstiprināts attiecīgi 90 un 40 GW) - tātad, Tikai pēdējo divu gadu laikā pasaulē ir pasūtīta vairāk vēja un saules enerģijas ražošanas jaudu nekā visu Krievijas Vienotās enerģijas sistēmas visu elektrostaciju kopējā jauda.
Gada investīcijas nozarē pārsniedz USD 250 miljardus - divreiz vairāk nekā ieguldījumi fosilā kurināmā ražošanā. Saules enerģijas cenu rekordi Meksikā, Dubaijā, Peru, Abū Dabī, Čīlē, Saūda Arābijā, vēja enerģija Brazīlijā, Kanādā, Vācijā, Indijā, Meksikā un Marokā sasniedza aptuveni 1,7 rubļu par kWh līmeni (ja salīdzina: Maskavas un reģiona iedzīvotāji par elektrību savās mājās maksā divas līdz trīs reizes vairāk).
Kā prognozē Starptautiskā enerģētikas aģentūra, līdz 2040. gadam elektroenerģijas ražošanas īpatsvars no saules un vēja elektrostacijām pasaulē būs no 13% līdz 34% (2016. gadā - 5%). Ir skaidrs, ka šo avotu īpatsvars dažos reģionos būs vēl lielāks.
Tātad elektroenerģijas nozare arvien vairāk pāriet uz enerģijas avotiem, kas ir stohastiski un atkarīgi no diennakts laika un klimatiskajiem apstākļiem. Paaudzes svārstību ietekme vēja un saules elektrostacijās (kad pēkšņi pārstāj uzspīdēt saule un pūš vējš) uz energosistēmu, ja to īpatsvars reģionā ir liels, ir salīdzināma ar lielas koģenerācijas stacijas haotisku ieslēgšanu / izslēgšanu - vairākas reizes dienā. Turklāt dažreiz šīs stacijas rada daudz vairāk, nekā vajadzīgs visiem energosistēmas patērētājiem, un tad elektrības izmaksas izrādās "negatīvas" - šādas ziņas regulāri nāk, piemēram, no Vācijas.
Mēs iemācījāmies, kā tikt galā ar šādām svārstībām, izveidojot enerģijas uzkrāšanas ierīces, kas “uzlādējas” enerģijas pārmērības periodos un “izlādējas” enerģijas deficīta periodos. Ja divdesmitajā gadsimtā šādu glabāšanas ierīču lomu spēlēja tikai sūknētas uzglabāšanas stacijas, tad šodien aktīvi attīstās elektroķīmiskās uzglabāšanas ierīces, no kurām slavenākās ir Tesla "svaigi" projekti Kalifornijā un Austrālijā. Navigant Research prognozē atjaunojamo enerģijas avotu uzglabāšanas jaudas ikgadēju nodošanu ekspluatācijā no aptuveni 2 GW 2018. gadā līdz 24 GW 2026. gadā - divpadsmit reizes astoņos gados. Gada ieņēmumi šajā tirgū pieaugs proporcionāli līdz USD 20 miljardiem līdz 2026. gadam.
Pieaugošā vajadzība pēc enerģijas uzkrāšanas lika cilvēkiem atkal domāt par ūdeņradi.
Atjaunojamā enerģija - degvielas uzpildes stacijās
Iepriekš bija iespējams ražot ūdeņradi ar elektrolīzes palīdzību, bet tad bija jāizmanto tradicionālo termoelektrostaciju enerģija, kas sadedzina degvielu. Ja runa ir par pārmērīgu un lētu saules un vēja ģeneratoru elektrību, kurā nav CO2 izmešu, kāpēc gan to nepārvērst par ūdeņradi, ko var izmantot kā tīru degvielu, piemēram, automašīnām? Turklāt tas ļaus atteikties no ogļūdeņražiem kā izejvielām ūdeņraža ražošanā. Daudzi novatoriski uzņēmumi Eiropā un pasaulē precīzi seko šim ceļam. Lielbritānijā bāzētā ITM Power piedalās projektā Hydrogen Mobility Europe (H2ME), kura mērķis ir līdz 2019. gadam izveidot divdesmit deviņu ūdeņraža uzpildes staciju tīklu desmit Eiropas valstīs.kas apkalpos divsimt automašīnas ar ūdeņraža degvielu un simts divdesmit piecus hibrīda kravas automašīnas. Zviedrijas uzņēmums Nilsson Energy specializējas no režģiem izolētos risinājumos, kas izmanto saules un vēja enerģiju ūdeņraža ražošanai un uzglabāšanai un izmanto to automašīnu un enerģijas ēku kurināšanā.
Ūdeņraža kurināmā elementu transportlīdzekļus jau tirgojuši Honda, Toyota, Hyundai un vairāki Ķīnas uzņēmumi. Starptautiskā konsorcija “Ūdeņraža padomes”, kuru 2017. gadā Davosā dibināja lielākie nozares uzņēmumi Toyota vadībā, redzējums ir vairāk nekā 400 miljoni vieglo automašīnu, 15–20 miljoni kravas automašīnu, 5 miljoni autobusu, kas darbojas ar ūdeņradi līdz 2050. gadam (tas ir, aptuveni 20–25% no Kopā). 78% no pasaules autovadītājiem, kurus 2017. gadā aptaujāja KPMG, uzskata, ka šādi transportlīdzekļi būs sasniegums elektrisko transportlīdzekļu nozarē, aizēnojot akumulatoru darbināmas automašīnas.
Bet transports ir tālu no vienīgā virziena.
Ūdeņradis ikvienai mājai
Stacionārie kurināmā elementi (kurināmā elementi) - dinamiski attīstīta tehnoloģija, kas ļauj saņemt elektrisko un siltumenerģiju no ūdeņraža vai dabasgāzes tieši mājas pusē vai mājas pagrabā. Izmantojot ūdeņradi, tīrs ūdens ir tikai viens izmešu daudzums, ko var izmantot gaisa kondicionēšanai. Kompaktās, ledusskapja izmēra moduļos absolūti kluss. Saskaņā ar Navigant Research prognozi, stacionāro degvielas elementu jauda pieaugs no 500 MW 2018. gadā līdz 3000 MW 2025. gadā.
Šādas iekārtas ir apvienotas ar atjaunojamiem enerģijas avotiem, elektrolizatoriem, enerģijas uzkrāšanas ierīcēm un ļauj mājsaimniecībai radīt pilnvērtīgus autonomus enerģijas avotus. Pašreizējās izmaksas par ASV dabasgāzes kurināmā elementiem, kas iegūti no dabasgāzes kurināmā elementiem, saskaņā ar Lazard (USD 106-167 par MWh), jau ir aptuveni vienādas ar kodolenerģijas ($ 112-183 USD par MWh) un ogļu ($ 60-231 par MWh) elektrostaciju rādītājiem. un mazāka par atsevišķu jumta saules paneļu pašreizējo vērtību (USD 187–319 par MWh). Japānā, pateicoties plaša mēroga valdības subsīdijām, 2014. gadā jau bija vairāk nekā 120 000 šādu iekārtu, un mērķa vērtības ir vairāk nekā 1 miljons līdz 2020. gadam un vairāk nekā 5 miljoni līdz 2030. gadam.
Tā kā tehnoloģijas kļūst lētākas (masveida ražošana, standartizācija) un sasniedz savu pašpietiekamību, Japānas valdība plāno sākt ieviest ūdeņraža kurināmā elementus - paredzams, ka tas notiks līdz 2030. gadam. Kurināmā elementi neapšaubāmi ir vissvarīgākais daudzsološais sadalīto enerģijas tehnoloģiju segments, kura potenciāls Krievijā, saskaņā ar Skolkovo skolas Enerģētikas centra nesen veikto pētījumu, ir pietiekams, lai līdz 2035. gadam segtu vismaz pusi no nepieciešamības pēc ražošanas jaudas.
Jauda uz gāzi
Ūdeņradi, kas iegūts no atjaunojamiem enerģijas avotiem, var sajaukt gāzes pārvades un sadales tīklos. Šāda stacija darbojas Frankfurtē pie Mainas kopš 2014. gada, vietējā gāzes sadales tīklā pievienojot līdz 2% ūdeņraža (šāds ūdeņraža satura ierobežojums ļauj neko nemainīt ne tīklos, ne pie patērētājiem). Vācijā ir vairāki līdzīgi objekti, tie atrodami arī Itālijā, Dānijā, Nīderlandē. Dažreiz ūdeņradi sajauc biogāzē, palielinot tā vērtību.
Apvienotajā Karalistē ūdeņradis tiek nopietni apsvērts kā veids, kā krasi samazināt mājsaimniecību radītās emisijas (85% valsts mājsaimniecību apkurei izmanto dabasgāzi). Līdsas pilsētai, kurā dzīvo vairāk nekā 780 000 cilvēku, 2017. gadā tika veikts detalizēts investīciju nepieciešamības novērtējums, lai gāzes piegādes sistēmu pilnībā pārveidotu par ūdeņradi - no katlu nomaiņas pie patērētājiem līdz pazemes ūdeņraža krātuvju un tvaika pārveidošanas vienību izveidošanai. Tiek lēsts, ka ieguldījuma summa ir simt sešdesmit miljardi rubļu. Šis projekts tiks piesaistīts visai valstij, jo īpaši tāpēc, ka Lielbritānijas pilsētās 19. gadsimtā un 20. gadsimta pirmajā pusē jau tika izmantota mākslīgā "pilsētas gāze", kas satur līdz 50% ūdeņraža. Pa to laiku gāzes uzņēmumi plāno pakāpeniski palielināt ūdeņraža daļu līdz 20%,izvairoties no plaša mēroga gāzes tīklu un katlu rekonstrukcijas pie patērētājiem.
Kopš 2013. gada Japānas uzņēmumi diskutē ar RusHydro par iespēju izveidot ūdeņraža ražošanas rūpnīcu Krievijas Tālajos Austrumos, izmantojot eksportam energoapgādes tehnoloģiju. Japānas puses aprēķini galvenokārt balstās uz lētas elektroenerģijas izmantošanu no hidroelektrostacijām. Saskaņā ar vienošanos, kas 2017. gada rudenī tika parakstīta Austrumu ekonomikas forumā, Kawasaki Heavy Industries atjauninās šī projekta priekšizpēti. Attīstoties Tālo Austrumu infrastruktūrai un samazinoties elektrolīzes un ūdeņraža loģistikas tehnoloģiju izmaksām, interese par šādiem projektiem acīmredzami tikai pieaugs. Ņemot vērā atjaunojamās enerģijas milzīgo potenciālu šajā reģionā, var paredzēt daudzsološu eksporta projektu parādīšanos šeit.
Ūdeņradis - gāzes ķīmijas un enerģijas integrētājs
Bet visiespaidīgākais projekts šobrīd ir Nīderlandes ziemeļos. Šajā reģionā, kas atrodas tieši virs Groningenas gāzes lauka (“holandiešu slimības cēlonis”), biogāzes enerģija vairākus gadus uzplaukusi. Jau pirms pieciem gadiem automašīnas brauca pa ielām ar graudu gāzi - biometānu, kas šeit ražots no reģiona lauksaimniecības nozares atkritumiem, ar divu Maskavas apgabalu. Nav pārsteidzoši, ka tieši šeit ar Eiropas Savienības atbalstu pirms gada tika uzsākts projekts Chemport Europe, kura galvenais mērķis ir izveidot pilnvērtīgu gāzes un ķīmisko vielu kopu, kas darbotos tikai uz vietējiem bioloģiskajiem resursiem un ūdeņradi ar nulles CO2 izmešiem. Kokainā biomasa tiek pārstrādāta, procesā iegūtie ogļhidrāti tiek izmantoti ķīmijā. Elektroenerģija, kas iegūta no jūras vēja turbīnām, ar elektrolizatoriem tiek pārveidota par ūdeņradi un skābekli. Skābekli un ūdeņradi izmanto ķīmijā, un skābeklis ir iesaistīts arī pārstrādātās biomasas gazificēšanā no vietējiem laukiem, kuru platība pārsniedz miljonu hektāru. Gazifikācija ļauj iegūt sintētisko gāzi - tīru ūdeņraža, CO2 un CO maisījumu. Tur tiek pievienots arī tīrs ūdeņradis no vēja turbīnām. No šīs gāzes iegūst slāpekļskābi, metanolu, etilēnu, propilēnu un butilēnu - vielas, kas var pilnībā aizstāt naftu un dabasgāzi no stabilajām pozīcijām kā ķīmiskās rūpniecības izejvielām.kas var pilnībā izspiest naftu un dabasgāzi no savām stabilajām pozīcijām kā ķīmiskās rūpniecības izejvielas.kas var pilnībā izspiest naftu un dabasgāzi no savām stabilajām pozīcijām kā ķīmiskās rūpniecības izejvielas.
Projekta ierosinātāji paziņo par vēlmi tuvināt sintētiskās gāzes izmaksas dabasgāzes izmaksām. Syngas var nosūtīt sašķidrināšanai (bio-SDG), uzpildīt ar transportlīdzekļiem un izmantot citām klasiskām vajadzībām.
Sākotnējās investīcijas projektā ir 50 miljoni eiro, no kuriem 15 miljoni eiro tiek piešķirti no Eiropas Savienības dotācijām.
Ūdeņraža olimpiskais ciemats
Tokijā tiek būvēts olimpiskais ciemats 2020. gada olimpiskajām spēlēm, kas uzņems līdz 17 000 viesu. Galvenais enerģijas avots ciematā būs ūdeņradis: automašīnas, degvielas uzpildes stacijas, kurināmā elementi, siltums un elektrība mājās, gāze krāsnīs un katlos - tas viss darbosies ar ūdeņradi.
Vai viss ir tik bez mākoņa?
Starp ūdeņraža enerģijas skeptiķiem ir ne tikai konservatīvie, bet arī, piemēram, Elons Musks (lai gan, protams, viņam ir interešu konflikts: Tesla litija jonu akumulatori ir tiešs konkurents enerģijas pievadīšanas tehnoloģijai). Tas norāda uz briesmām, kas saistītas ar ūdeņraža glabāšanu glabāšanas laikā: gandrīz nav iespējams noteikt noplūdes, un pastāv sprādzienbīstama maisījuma veidošanās iespēja. Daži Tokijas iedzīvotāji ir pauduši līdzīgas bažas. Laiks rādīs, vai ir iespējams efektīvi un lēti risināt šīs problēmas, ņemot vērā konkurējošo tehnoloģiju attīstību. Tikmēr pasaules galvaspilsētu centros turpina parādīties ūdeņraža uzpildes stacijas.
Likmes jau ir veiktas
Līdz šim saskaņā ar dažādām aplēsēm globālās investīcijas ūdeņraža enerģijā tiek lēstas aptuveni 0,85–1,4 miljardu euro gadā. Ūdeņraža padomes konsorcijs piecu gadu laikā plāno ieguldīt 13 miljardus dolāru ūdeņraža uzpildes staciju tīklos un automašīnās ar ūdeņradi. Pēc ASV Enerģētikas departamenta datiem, kurināmā elementu nozarē jau strādā 16 000 cilvēku (ar izaugsmes potenciālu līdz 200 000), un finansiālais atbalsts no ASV valdības budžeta daudzus gadus ir bijis aptuveni 100 miljoni USD gadā. Vairāki desmiti uzņēmumu, pētniecības centru un universitāšu visā pasaulē strādā, lai samazinātu ūdeņraža tehnoloģiju izmaksas, jo īpaši mērķis ir samazināt ūdeņraža ražošanas izmaksas ar elektrolīzes palīdzību no USD 11,5 līdz USD 5,7 par kilogramu,kā arī samazināt kurināmā elementu (trīs līdz piecas reizes) un ūdeņraža uzkrāšanas izmaksas (divas līdz trīs reizes). Acīmredzot, kad šie mērķi tiks sasniegti, “ūdeņraža ekonomika” mums būs daudz tuvāk, nekā to tagad var iedomāties.
Kā tas ietekmēs pasaules naftas un gāzes tirgus? Ko tas nozīmēs Krievijas ekonomikai? Kā mēs atrodam savu vietu ūdeņraža ekonomikas pasaulē? Visi šie ir jautājumi, uz kuriem atbildes ir jāsagatavo tagad.