Vesinikkütuseelementidega sõidukeid on juba turustanud sellised ettevõtted nagu Hyundai, Honda ja Toyota, aga ka mitmed teised Hiina ettevõtted. Kuid transport pole kaugeltki vesinikuenergia ainus suund.
Viimaste aastate kõrgetasemelise uudise kohta miniatuursete "päikesepaneelide", tohutute avamere tuuleturbiinide, süsinikdioksiidi maa-aluse ladustamise, Tesla salvestusseadmete ja muude Energiewende (energia siirde) võlude kohta pole see veel eriti loetav, kuid kõigi traditsiooniliste naftatarnijate uue äikese kauge müristamine on juba kuulda. elekter ja gaas. See äike võib kaugelt mööduda või hävitada kogu energiahiiglaste traditsioonilise äri ja samal ajal süsivesinikke eksportivate riikide majandusi või sellest võib saada eluandvat vihma, toetades uue majanduse tekkimist.
See uus rünnak on universumi kõige tavalisem element. Vesinik. Mõnedes prognoosides selle elemendi ümber kolmekümne aasta jooksul on olemas tööstusharu, mille aastane käive on kaks ja pool triljonit dollarit ja kolmkümmend miljonit töökohta, mis suudab peaaegu 20% fossiilkütustest maailmamajandusest välja tõrjuda.
Proovime välja mõelda, millised on nende stsenaariumide võimalused.
Kust ta tuli?
Alates sellest, kui Lavoisier nimetas vesinikku kakssada kolmkümmend viis aastat tagasi, on ta suutnud hõivata selles valdkonnas silmapaistva koha. Vesinikku kasutatakse metanooli, ammoniaagi ja söödava margariini tootmiseks ning sellega töödeldakse õli. Vesinikku puhtal kujul on loodusest võimatu võtta, seetõttu tuleb töödelda teisi aineid - selle tootmise peamine meetod on jätkuvalt süsivesinike aurureformeerimine. Maailm toodab vaid ühe aasta jooksul umbes kuuskümmend viis miljonit tonni vesinikku (kui võrrelda: maagaasi toodetakse peaaegu nelikümmend korda rohkem).
Juhime tähelepanu vesiniku kui kütuse erilistele omadustele eelmise sajandi keskel - selle põlemissoojus on mitu korda suurem kui sama massiga bensiini, maagaasi või diislikütuse kütus ja heitmeid ei teki, ainult veeaur. USA-s ilmusid 1970. aastal väljaanded vesinikkütusele transpordi üleviimise kohta, samal ajal sai populaarseks mõiste "vesinikkumajandus" - see on omamoodi tulevikupilt, milles Ameerika linnad eemalduvad täielikult "süsivesinike majandusest", vesinikku kasutatakse kütusena kodud, autod, elektrijaamad ja energia salvestatakse vesinikuga ning vajadusel toodetakse neid tuule ja päikesega. Teisisõnu, vesiniku majandus põhineb vesinikul kui kõige keskkonnasõbralikumal ja mitmekülgsemal energiakandjal, mis ühendab soojusenergiat,elektri- ja transpordisektor. Varsti saabus naftakriis ja vesiniku transpordi arendamisele omistati suurem tähtsus. Nii näiteks ilmusid NSV Liidus 1980ndatel RAF-i "vesiniku" väikebussid, Tu-154 baasil lennuk ja "Energia" vesiniku rakettmootor. Selle projekti saatus pole kadestamisväärne - näiteks kulus vähemalt kolmandik reisijateruumi kasulikust mahust lennukis kütusepaakide jaoks eraldamiseks, mis mõjutas suuresti transpordikulusid. Lennukis tuli vähemalt kolmandik reisijateruumi kasulikust mahust eraldada kütusepaakidele, mis mõjutas suuresti transpordikulusid. Lennukis tuli vähemalt kolmandik reisijateruumi kasulikust mahust eraldada kütusepaakidele, mis mõjutas suuresti transpordikulusid.
Reklaamvideo:
Miks pole see veel välja töötatud?
Kahekümnendal sajandil ei toimunud vesiniku transpordi ülemaailmset üleminekut - vesinikuga läbitud kilomeetri maksumus oli palju suurem kui tavalise kütuse puhul. Peamine põhjus on suured kulud: vesiniku tootmine süsivesinikest (auru reformimine) või veest (elektrolüüs) nõuab palju energiat. Lisaks kaasneb süsivesinike aurureformeerimisega kasvuhoonegaasi - CO2 eraldumine, et võidelda muu hulgas sellega, et suunati vedu vesinikule. Vesiniku tootmine elektrolüüsi abil (vee lagundamine hapnikuks ja vesinik elektrienergia abil) osutus veelgi kallimaks kui aurureformeerimine ning vajaliku elektri tootmiseks oli vaja kütust põletada kõigi heitkogustega. Kõik see vähendas pisut esialgset huvi,ja vesinikumajandus tervikuna, kuni XX sajandi lõpuni, jäi ainult “tuleviku kuvandiks”.
Mis on muutunud?
Ülemaailmses elektrienergia tööstuses toimunud energia üleminek tõi kaasa taastuvenergia kiire arengu peamiselt aastatel 2000 - 2010, peamiselt päikese- ja tuuleenergia tootmisel. Nende tehnoloogiate maksumus väheneb pidevalt (USA päikese- ja tuuleenergiast toodetud elektrienergia nüüdisväärtus vähenes Lazardi sõnul aastatel 70-2080% aastatel 2009-2016). Turg kasvab kiiresti (2016. aastal telliti IRENA andmetel maailmas 71 GW fotogalvaanilisi päikeseelektrijaamu ja 51 GW tuuleelektrijaamu ning 2017. aastal loodetakse kinnitada vastavalt 90 ja 40 GW) - nii, Ainult viimase kahe aasta jooksul on maailmas tellitud rohkem tuule- ja päikeseenergia tootmisvõimsusi kui Venemaa ühtse energiasüsteemi kõigi elektrijaamade koguvõimsusel.
Aastased investeeringud sektorisse ulatuvad enam kui 250 miljardi dollarini - kaks korda rohkem kui fossiilkütuste tootmiseks tehtavad investeeringud. Päikeseenergia hinnarekord Mehhikos, Dubais, Peruus, Abu Dhabis, Tšiilis, Saudi Araabias, tuuleenergia Brasiilias, Kanadas, Saksamaal, Indias, Mehhikos ja Marokos on jõudnud tasemele umbes 1,7 rubla kWh kohta (kui võrrelda: Moskva ja selle piirkonna elanikud maksavad kodudes elektri eest kaks kuni kolm korda rohkem).
Rahvusvaheline energiaagentuur ennustab, et aastaks 2040 on päikese- ja tuuleelektrijaamadest toodetava elektrienergia osakaal 13% -lt 34% -ni (2016. aastal - 5%). On selge, et mõnes piirkonnas on nende allikate osakaal veelgi suurem.
Niisiis, elektrienergia tööstus lülitub üha enam genereerimisallikatele, mis on stohhastilised ning sõltuvad kellaajast ja kliimatingimustest. Tuule- ja päikeseelektrijaamades (kui päike järsku paistab ja tuul puhub) tekkiva põlvkonna kõikumiste mõju elektrisüsteemile, kui nende osakaal piirkonnas on suur, on võrreldav suure koostootmisjaama kaootilise sisse- ja väljalülitamisega - mitu korda päevas. Pealegi tekitavad need jaamad mõnikord palju rohkem, kui kõik elektrisüsteemi tarbijad vajavad, ja siis osutuvad elektrikulud "negatiivseteks" - sellised uudised tulevad regulaarselt näiteks Saksamaalt.
Õppisime, kuidas selliste kõikumistega toime tulla, luues energiasalvestusseadmeid, mis “laadivad” energia ülejäägi perioodidel ja “tühjenevad” energiavaeguse perioodidel. Kui kahekümnendal sajandil mängisid selliste salvestusseadmete rolli ainult pumbatavad salvestusjaamad, siis täna arenevad aktiivselt elektrokeemilised salvestusseadmed, millest kuulsaimad on Tesla "värsked" projektid Californias ja Austraalias. Navigant Research prognoosib taastuvate energiaallikate salvestusmahu iga-aastase kasutuselevõtu suurenemist umbes 2 GW-lt 2018. aastal 24 GW-ni 2026. aastal - kaheteistkümnel korral kaheksa aasta jooksul. Aastane tulu sellel turul kasvab 2026. aastaks proportsionaalselt 24 miljardi dollarini.
Suurenev energia salvestamise vajadus pani inimesed uuesti vesiniku peale mõtlema.
Taastuvenergia - bensiinijaamades
Vesinikku oli võimalik toota elektrolüüsi teel juba varem, kuid siis tuli kasutada traditsiooniliste soojuselektrijaamade energiat, mis põletavad kütust. Kui tegemist on päikese- ja tuuleparkide ülejäägi ja odava elektrienergiaga, mis ei sisalda süsinikdioksiidi heitmeid, siis miks mitte muuta see vesinikuks, mida saab kasutada puhta auto kütusena näiteks autodele? Lisaks võimaldab see loobuda vesiniku tootmise toorainena süsivesinikest. Paljud uuenduslikud ettevõtted Euroopas ja maailmas käivad täpselt seda teed. Suurbritannias asuv ITM Power osaleb projektis Hydrogen Mobility Europe (H2ME), mille eesmärk on 2019. aastaks käivitada kümnes Euroopa riigis kahekümne üheksa vesiniku tanklate võrk.mis teenindab kakssada vesinikkütuseelementidega autot ja sada kakskümmend viis hübriidautot. Rootsi ettevõte Nilsson Energy on spetsialiseerunud võrguga eraldatud lahendustele, mis kasutavad päikese- ja tuuleenergiat vesiniku tootmiseks ja säilitamiseks ning kasutavad seda autode ja elektrihoonete kütuseks.
Vesinikkütuseelementidega sõidukeid on juba turustanud Honda, Toyota, Hyundai ja mitmed Hiina ettevõtted. Suuremate tööstusettevõtete poolt Toyota juhtimisel 2017. aastal Davosis asutatud rahvusvahelise konsortsium Hydrogen Councilsi visiooniks on 2050. aastaks enam kui 400 miljonit sõiduautot, 15-20 miljonit veokit, 5 miljonit vesinikuga sõitvat bussi (see tähendab umbes 20-25% kokku). 78% KPMG poolt 2017. aastal küsitletud globaalsetest autojuhtidest usub, et sellised sõidukid on läbimurre elektrisõidukite sektoris, varjutades akutoitega autosid.
Kuid transport pole kaugeltki ainus suund.
Vesinikku igasse koju
Statsionaarsed kütuseelemendid (kütuseelemendid) - dünaamiliselt arenev tehnoloogia, mis võimaldab teil saada vesinikust või maagaasist elektri- ja soojusenergiat otse maja piirkonnas või maja keldris. Vesiniku kasutamisel on puhas vesi ainult üks emissioon, mida saab kasutada kliimaseadmetes. Külmkapi suurused kompaktsed moodulid on täiesti vaiksed. Navigant Researchi prognoosi kohaselt kasvab statsionaarsete kütuseelementide võimsus 500 MW-lt 2018. aastal 3000 MW-ni 2025. aastal.
Sellised paigaldised on kombineeritud taastuvate energiaallikate, elektrolüzerite, energiasalvestusseadmetega ja võimaldavad teil luua majapidamisele täieõiguslikke autonoomseid energiaallikaid. USA maagaaskütuseelementide elektrienergia praegused kulud on Lazardi sõnul (106–167 dollarit MWh) juba umbes võrdsed tuumaelektrijaamade (112–183 dollarit MWh) ja kivisöe (60–231 dollarit MWh) elektrijaamade näitajate kohta. ja väiksem kui üksikute katusealuste päikesepaneelide nüüdisväärtus (187–319 dollarit MWh kohta). Jaapanis oli tänu laiaulatuslikele valitsuse subsiidiumidele 2014. aastal juba üle 120 000 sellise käitise ning sihtväärtused on 2020. aastaks üle miljoni ja 2030. aastaks üle 5 miljoni.
Kuna tehnoloogiad muutuvad odavamaks (masstootmine, standardimine) ja jõuavad isevarustatuse tasemeni, plaanib Jaapani valitsus alustada vesinikkütuseelementide kasutuselevõttu - eeldatakse, et see juhtub 2030. aastaks. Kütuseelemendid on kahtlemata hajutatud energiatehnoloogiate kõige olulisem paljutõotav segment, mille potentsiaal Venemaal on Skolkovo kooli energeetikakeskuse hiljutise uuringu kohaselt piisav, et katta vähemalt pool 2035. aastaks vajalikust tootmisvõimsusest.
Power-to-Gas
Taastuvatest energiaallikatest saadud vesinikku saab segada gaasi ülekande- ja jaotusvõrkudesse. Selline jaam töötab Frankfurtis Mainis alates 2014. aastast, lisades kohalikku gaasijaotusvõrku kuni 2% vesinikku (selline vesinikusisalduse piiramine võimaldab mitte midagi muuta nii võrkudes kui ka tarbijates). Saksamaal on mitu sarnast objekti, neid leidub ka Itaalias, Taanis, Hollandis. Mõnikord segatakse vesinikku biogaasiks, suurendades selle väärtust.
Suurbritannias peetakse vesinikku tõsiselt leibkondade heitkoguste järsu vähendamise viisiks (85% riigi majapidamistest põletab kütteks maagaasi). Enam kui 780 000 elanikuga Leedsi linna jaoks viidi 2017. aastal läbi üksikasjalik investeeringuvajaduse hindamine gaasivarustussüsteemi täielikuks vesinikuks muundamiseks - alates katlate asendamisest tarbijate juures kuni maa-aluste vesinikuhoidlate ja aurureformiüksuste loomiseni. Investeeringu suurus on hinnanguliselt sada kuuskümmend miljardit rubla. Seda projekti kavatsetakse laiendada kogu riigile, eriti kuna 19. sajandi ja 20. sajandi esimese poole jooksul kasutasid Briti linnad kunstlikku "linnagaasi", mis sisaldas kuni 50% vesinikku. Vahepeal plaanivad gaasiettevõtted suurendada vesiniku osakaalu järk-järgult 20% -ni,vältida tarbijate juures gaasivõrkude ja katelde ulatuslikku rekonstrueerimist.
Alates 2013. aastast arutavad Jaapani ettevõtted RusHydroga võimalust rajada Venemaa Kaug-Idasse vesiniku tootmistehas, kasutades selleks ekspordiks elektri ja gaasi tehnoloogiat. Jaapani poole arvutused põhinevad peamiselt hüdroelektrijaamade odava elektri kasutamisel. Ida-majandusfoorumil 2017. aasta sügisel allkirjastatud lepingu kohaselt peab Kawasaki Heavy Industries uuendama selle projekti teostatavusuuringut. Kuna Kaug-Ida infrastruktuur areneb ning elektrolüüsi ja vesiniku logistika tehnoloogiate kulud vähenevad, kasvab huvi selliste projektide vastu ilmselgelt ainult kasvada. Arvestades taastuvenergia tohutut potentsiaali selles piirkonnas, võib siin ennustada paljulubavate ekspordiprojektide teket.
Vesinik - gaasikeemia ja energia integraator
Kuid kõige muljetavaldavam projekt on nüüd Hollandi põhjaosas. Selles piirkonnas, mis asub otse Groningeni gaasivälja kohal ("Hollandi haiguse" põhjus), on biogaasi energia õitseb juba mitu aastat. Juba viis aastat tagasi sõitsid autod tänavatel sogasel gaasil - kahe Moskva piirkonna piirkonna põllumajandustööstuse jäätmetest siin toodetud biometaan. Pole üllatav, et just siin käivitati Euroopa Liidu toel aasta tagasi projekt Chemport Europe, mille peamine eesmärk on luua täieõiguslik gaasikeemia klaster, mis töötaks eranditult kohalikel bioloogilistel ressurssidel ja vesinikul ilma süsinikuheitmeteta. Puitbiomassi töödeldakse, protsessis moodustunud süsivesikuid kasutatakse keemias. Avamere tuulikutest toodetud elekter muundatakse elektrolüsaatorite abil vesinikuks ja hapnikuks. Hapnikku ja vesinikku kasutatakse keemias ning hapnik osaleb ka enam kui miljoni hektari suuruste kohalike põldude töödeldud biomassi gaasistamisel. Gaasistamine võimaldab saada sünteetilist gaasi - puhast vesiniku, CO2 ja CO segu. Sinna lisatakse ka tuuleturbiinide puhast vesinikku. Sellest gaasist saadakse lämmastikhapet, metanooli, etüleeni, propüleeni ja butüleeni - aineid, mis suudavad õli ja maagaasi täielikult oma stabiilsetest positsioonidest keemiatööstuse toorainena välja tõrjuda.mis võib nafta ja maagaasi keemiatööstuse toorainena täielikult asendada nende stabiilsetest positsioonidest.mis võib nafta ja maagaasi keemiatööstuse toorainena täielikult asendada nende stabiilsetest positsioonidest.
Projekti algatajad deklareerivad oma soovi viia sünteetilise gaasi hind maagaasi maksumusele lähemale. Süngaasi võib saata veeldamiseks (bio-veeldatud maagaas), sõidukites tankima ja muuks klassikaliseks vajaduseks kasutamiseks.
Projekti esialgne investeering on 50 miljonit eurot, millest 15 miljonit eurot antakse Euroopa Liidu toetustest.
Vesiniku olümpiaküla
Tokyosse ehitatakse 2020. aasta olümpiaks olümpiaküla, mis võtab vastu kuni 17 000 külalist. Külas on peamiseks energiaallikaks vesinik: autod, bensiinijaamad, kütuseelemendid, majades olev soojus ja elekter, pliitides ja kateldes olev gaas - kõik see töötab vesinikul.
Kas kõik on nii pilvitu?
Vesinikuenergia skeptikute seas pole mitte ainult konservatiivid, vaid ka näiteks Elon Musk (kuigi muidugi on tal huvide konflikt: Tesla liitium-ioonakud on otsene konkurent elektrienergia-gaasi tehnoloogiale). See osutab vesiniku ladustamisel käitlemise ohtudele: lekkeid on peaaegu võimatu tuvastada ja on olemas plahvatusohtliku segu tekkimise võimalus. Mõned Tokyo elanikud on väljendanud sarnaseid muresid. Kas neid probleeme on konkureerivate tehnoloogiate arengu taustal võimalik tõhusalt ja odavalt lahendada, näitab aeg. Vahepeal ilmub maailma pealinnade keskustesse vesiniku tankimisjaamu.
Panused on juba tehtud
Siiani on erinevate hinnangute kohaselt ülemaailmsed investeeringud vesinikuenergiasse umbes 0,85–1,4 miljardit eurot aastas. Vesinikanõukogu konsortsium plaanib investeerida viie aasta jooksul 13 miljardit dollarit vesiniku tanklate võrkudesse ja vesinikuautodesse. USA energeetikaministeeriumi andmetel töötab kütuseelementide sektoris juba 16 000 kodanikku (kasvupotentsiaaliga kuni 200 000) ning USA valitsuse eelarvest on rahaline toetus olnud paljude aastate jooksul umbes 100 miljonit dollarit. Mitu tosinat ettevõtet, teaduskeskust ja ülikooli kogu maailmas töötavad vesinikutehnoloogiate kulude vähendamise nimel. Eeskätt on eesmärk vähendada vesiniku tootmise kulusid elektrolüüsi teel 11,5 dollarilt 5,7 dollarini kilogrammi kohta.samuti kütuseelementide (kolm kuni viis korda) ja vesiniku ladustamise (kaks kuni kolm korda) kulude vähendamine. Ilmselt on nende eesmärkide saavutamisel "vesinikumajandus" meile palju lähemal kui praegu võib ette kujutada.
Kuidas see mõjutab globaalseid nafta- ja gaasiturge? Mida see Venemaa majandusele tähendab? Kuidas leiame oma koha vesiniku majanduse maailmas? Need kõik on küsimused, mille vastused tuleb nüüd ette valmistada.
