Vozila s vodikovim gorivnim ćelijama već su plasirane tvrtke poput Hyundai, Honda i Toyota, kao i nekoliko drugih kineskih tvrtki. Ali transport je daleko od jedinog smjera vodikove energije.
Preko gromoglasnih vijesti posljednjih godina o minijaturnim "solarnim pločicama", o ogromnim obalnim vjetroturbinama na moru, o podzemnom skladištenju CO2, o Teslinim uređajima za skladištenje i drugim radostima Energiewende (energetski prijelaz) još uvijek nije baš čitljivo, ali već se čuje daleka tutnjava nove grmljavine svih dobavljača tradicionalne nafte. struja i plin. Ova grmljavinska oluja može proći u daljini ili može uništiti cjelokupni tradicionalni posao energetskih divova i, istovremeno, gospodarstva zemalja koje izvoze ugljikovodike, ili može postati kiša koja daje život, podržavajući nastanak nove ekonomije.
Ovaj novi napad samo je najčešći element u svemiru. Vodik. Neke prognoze oko ovog elementa za trideset godina postojat će industrija s godišnjim prometom od dva i pol bilijuna dolara i trideset milijuna radnih mjesta, koja će moći izbaciti gotovo 20% fosilnih goriva iz svjetske ekonomije.
Pokušajmo ustanoviti kakve su šanse za te scenarije.
Odakle je došao?
Otkako je Lavoisier prije dvije stotine i trideset pet godina nazvao vodik, uspio je zauzeti istaknuto mjesto u industriji. Vodik se koristi za proizvodnju metanola, amonijaka i jestivog margarina, a s njim se prerađuje ulje. Nemoguće je „uzimati iz prirode“vodik u svom čistom obliku, pa se moraju preraditi i druge tvari - glavna metoda njegove proizvodnje i dalje je parna reforma ugljikovodika. Svijet proizvede oko šezdeset i pet milijuna tona vodika u samo godinu dana (ako usporedimo: prirodni plin se proizvodi gotovo četrdeset puta više).
Skrenuli smo pozornost na posebna svojstva vodika kao goriva još sredinom prošlog stoljeća - njegova toplina izgaranja nekoliko je puta veća od one benzina, prirodnog plina ili dizel goriva iste mase, a ne stvaraju se emisije, samo vodena para. U Sjedinjenim Državama 1970. godine objavljene su publikacije o prijenosu prometa na vodikovo gorivo, istovremeno je pojam "vodikova ekonomija" postao popularan - to je svojevrsna slika budućnosti, u kojoj se američki gradovi potpuno odmiču od "ekonomije ugljikovodika", a vodik se koristi kao gorivo za kuće, automobili, elektrane i energija pohranjuju se s vodikom i proizvode se s vjetrom i suncem gdje je potrebno. Drugim riječima, vodikova ekonomija temelji se na vodiku kao ekološki najprikladnijem i svestranijem energetskom nosaču koji povezuje toplinsku energiju,sektor električne energije i prometa. Ubrzo je stigla naftna kriza i razvoju transporta vodika pridavala se veća važnost. Tako su se, na primjer, u SSSR-u 1980-ih pojavili "vodikovi" minibusevi RAF-a, zrakoplov na bazi Tu-154, i vodikov raketni motor za "Energiju". Sudbina ovog projekta je nezavidna - na primjer, za spremnike goriva u avionu bilo je potrebno izdvojiti najmanje trećinu upotrebljive količine putničkog prostora, što je uvelike utjecalo na troškove prijevoza. U avionu je barem trećina korisne zapremine putničkog prostora trebala biti namijenjena spremnicima goriva, što je uvelike utjecalo na troškove prijevoza. U avionu je barem trećina korisne zapremine putničkog prostora trebala biti namijenjena spremnicima goriva, što je uvelike utjecalo na troškove prijevoza.
Promotivni video:
Zašto to još nije uspjelo?
U dvadesetom stoljeću nije došlo do globalnog prijelaza transporta na vodik - cijena kilometraže vožnje na vodik bila je mnogo veća nego na konvencionalnom gorivu. Glavni razlog su visoki troškovi: proizvodnja vodika iz ugljikovodika (reformom pare) ili vode (elektroliza) zahtijeva puno energije. Osim toga, reformom ugljikovodika parom prati i oslobađanje stakleničkih plinova - CO2, za borbu protiv kojih je, između ostalog, usmjerena i ideja prijenosa prometa na vodik. Proizvodnja vodika primjenom elektrolize (raspadanje vode u kisik i vodik korištenjem električne energije) pokazala se čak skupljom od reformi pare, a za proizvodnju potrebne električne energije bilo je potrebno izgarati gorivo sa svim emisijama. Sve je to malo smanjilo početne kamate,a vodikova ekonomija u cjelini do samog kraja dvadesetog stoljeća ostala je samo "slika budućnosti"
Što se promijenilo?
„Energetska tranzicija“u globalnoj industriji električne energije dovela je do brzog razvoja obnovljive energije u 2000-ima, 2010-ih, prvenstveno proizvodnje sunca i vjetra. Troškovi ovih tehnologija stalno se smanjuju (sadašnja vrijednost električne energije iz proizvodnje sunca i vjetra u Sjedinjenim Državama, prema Lazardu, smanjila se za 70-80% u 2009-2016). Tržište brzo raste (2016. godine, prema IRENA-u, u svijetu je pušteno u pogon 71 GW fotonaponskih solarnih elektrana i 51 GW vjetroelektrana, a u 2017. očekuje se potvrda od 90 i 40 GW) - dakle, U posljednje dvije godine u svijetu je pušteno u pogon više kapaciteta za proizvodnju vjetra i solarne energije od ukupnog kapaciteta svih elektrana Jedinstvenog energetskog sustava Rusije.
Godišnje investicije u taj sektor iznose više od 250 milijardi USD - dvostruko više od ulaganja u proizvodnju fosilnih goriva. Rekordni podaci o solarnoj energiji u Meksiku, Dubaiju, Peruu, Abu Dabiju, Čileu, Saudijskoj Arabiji, energije vjetra u Brazilu, Kanadi, Njemačkoj, Indiji, Meksiku i Maroku dosegli su razinu od oko 1,7 rubalja po kWh (kada se uspoređuju: stanovnici Moskve i regije plaćaju dva do tri puta više za struju u svojim kućama).
Kako predviđa Međunarodna agencija za energetiku, do 2040. godine udio električne energije u solarnim i vjetroelektranama u svijetu iznosit će od 13% do 34% (u 2016. - 5%). Jasno je da će udio ovih izvora u nekim regijama biti još veći.
Dakle, elektroenergetska industrija sve više prelazi na generacijske izvore koji su stohastični i ovise o doba dana i klimatskim uvjetima. Utjecaj fluktuacija generacije u vjetroelektranama i solarnim elektranama (kada sunce iznenada prestane sijati i vjetar puše) na elektroenergetski sustav, ako je njihov udio u regiji velik, usporediv je s kaotičnim uključivanjem / isključivanjem velike CHP - nekoliko puta dnevno. Štoviše, ponekad te stanice generiraju puno više nego što je potrebno svim potrošačima elektroenergetskog sustava, a zatim trošak električne energije ispada "negativan" - primjerice, takve vijesti redovito dolaze iz Njemačke.
Naučili smo kako se nositi s takvim fluktuacijama kreirajući uređaje za skladištenje energije koji se „pune“u razdobljima viška energije i „prazne“se u razdobljima nedostatka energije. Ako su u dvadesetom stoljeću ulogu takvih uređaja za skladištenje igrali samo pumpane skladišne stanice, danas se aktivno razvijaju elektrokemijski uređaji za pohranu, od kojih su najpoznatiji Teslini "svježi" projekti u Kaliforniji i Australiji. Navigant Research predviđa porast godišnjeg puštanja u pogon skladišnih kapaciteta obnovljivih izvora energije s oko 2 GW u 2018. godini na 24 GW 2026. - dvanaest 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 je ljude da ponovno razmisle 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. Kada je riječ o višku i jeftinoj električnoj energiji iz solarnih i vjetroelektrana, bez emisije CO2, zašto je ne pretvoriti u vodik, koji se može koristiti kao čisto gorivo, na primjer, za automobile? Štoviše, ovo će omogućiti napuštanje ugljikovodika kao sirovine za proizvodnju vodika. Mnoge inovativne tvrtke u Europi i svijetu slijede upravo taj put. ITM Power sa sjedištem u Velikoj Britaniji sudjeluje u projektu Hydrogen Mobility Europe (H2ME), čiji je cilj pokretanje mreže od dvadeset i devet vodikovih pumpa u deset europskih zemalja do 2019. godine.koji će služiti dvjestotinjak automobila na gorivne ćelije i sto dvadeset i pet hibridnih kamiona. Švedski Nilsson Energy specijaliziran je za rješenja izolirana od mreže koja koriste solarnu i vjetrovitu energiju za proizvodnju i skladištenje vodika i koriste ga za gorivo automobila i zgrada.
Vozila na vodikove gorivne ćelije već su plasirana od strane Honda, Toyota, Hyundai i niza kineskih tvrtki. Ciljna vizija međunarodnog konzorcijskog vijeća za vodik, kojeg su 2017. godine u Davosu osnovale najveće industrijske tvrtke pod predsjedanjem Toyote, je više od 400 milijuna osobnih automobila, 15-20 milijuna kamiona, 5 milijuna autobusa koji vode do vodika do 2050. godine (to je oko 20-25% ukupno). 78% globalnih proizvođača automobila koje je KPMG proveo u 2017. godini vjeruje da će takva vozila biti proboj u sektoru električnih vozila, zasjenjujući automobile na baterije.
Ali prijevoz je daleko od jedinog smjera.
Vodik u svakom domu
Stacionarne gorivne ćelije (gorivne ćelije) - tehnologija koja se dinamički razvija, koja vam omogućava da primate električnu i toplinsku energiju iz vodika ili prirodnog plina izravno u području kuće ili u podrumu kuće. Postoji samo jedna emisija pri korištenju vode čiste vode koja se može koristiti za klimatizaciju. Kompaktne modularne jedinice veličine hladnjaka su apsolutno tihe. Prema prognozi Navigant istraživanja, kapacitet stacionarnih gorivnih ćelija porast će s 500 MW u 2018. na 3000 MW u 2025. godini.
Takve se instalacije kombiniraju s obnovljivim izvorima energije, elektrolizatorima, uređajima za skladištenje energije i omogućuju stvaranje punih dobrotvornih autonomnih izvora energije za kućanstvo. Prema Lazardu (sadašnji trošak električne energije iz gorivnih ćelija za prirodni plin u Sjedinjenim Državama), već je približno jednak pokazateljima nuklearnih elektrana (112-183 USD po MWh) i ugljena (60-231 USD po MWh) i manja je od sadašnje vrijednosti pojedinih solarnih panela na krovu (187–319 USD po MWh). U Japanu je, zahvaljujući ogromnim državnim subvencijama, u 2014. već bilo više od 120.000 takvih postrojenja, a ciljne vrijednosti su više od 1 milijuna do 2020. i više od 5 milijuna do 2030. godine.
Kako tehnologije postaju jeftinije (masovna proizvodnja, standardizacija) i dostižu svoju samodostatnost, japanska vlada planira započeti s uvođenjem vodikovih gorivnih ćelija - očekuje se da će se to dogoditi do 2030. godine. Gorivne ćelije nesumnjivo su najvažniji segment distribuiranih energetskih tehnologija, čiji je potencijal prema Rusiji, prema nedavnom istraživanju Energetskog centra škole „Skolkovo“, dovoljan da pokrije barem polovinu potreba za proizvodnjom kapaciteta do 2035. godine.
Snaga za plin
Vodik iz obnovljivih izvora energije može se miješati u mreže za prijenos i distribuciju plina. Takva stanica djeluje u Frankfurtu na Majni od 2014., dodajući do 2% vodika u lokalnu distribucijsku mrežu plina (takvo ograničenje sadržaja vodika omogućuje da se uopće ne promijeni ni u mrežama ni u potrošačima). U Njemačkoj postoji nekoliko sličnih objekata, a nalaze se i u Italiji, Danskoj, Nizozemskoj. Ponekad se vodik miješa u bioplin, povećavajući njegovu vrijednost.
U Velikoj Britaniji vodik se ozbiljno smatra načinom drastičnog smanjenja emisija iz kućanstava (85% kućanstava u zemlji izgara prirodni plin za grijanje). Za grad Leeds, s populacijom većom od 780 000 ljudi, u 2017. godini provedena je detaljna procjena investicijske potrebe za potpunom pretvorbom sustava opskrbe plinom u vodik - od zamjene kotlova kod potrošača do stvaranja podzemnih skladišta vodika i postrojenja za reformu pare. Iznos ulaganja procjenjuje se na sto šezdeset milijardi rubalja. Ovaj će se projekt smanjiti na cijelu zemlju, posebice jer su britanski gradovi tijekom 19. i prve polovice 20. stoljeća već koristili umjetni "gradski plin" koji sadrži do 50% vodika. U međuvremenu, plinske tvrtke planiraju postupno povećati udio vodika na 20%,izbjegavajući velike rekonstrukcije plinskih mreža i kotlova kod potrošača.
Od 2013. godine, japanske tvrtke razgovaraju s RusHydro mogućnost stvaranja postrojenja za proizvodnju vodika na ruskom Dalekom istoku koristeći tehnologiju struje i plina za izvoz. Izračuni japanske strane zasnivaju se prije svega na korištenju jeftine električne energije iz hidroelektrana. Prema sporazumu potpisanom na Istočnom ekonomskom forumu u jesen 2017. godine, Kawasaki Heavy Industries treba ažurirati studiju izvodljivosti za ovaj projekt. Kako se infrastruktura na Dalekom Istoku razvija i troškovi elektrolize i vodikovih logističkih tehnologija smanjuju, zanimanje za takve projekte očito će samo rasti. S obzirom na ogromni potencijal obnovljivih izvora energije u ovoj regiji, ovdje se može predvidjeti nastanak perspektivnih izvoznih projekata.
Vodik - integrator plinske kemije i energije
No, najimpresivniji projekt sada je na sjeveru Nizozemske. U ovoj regiji, koja se nalazi neposredno iznad plinskog polja Groningen (uzrok „nizozemske bolesti“), energija bioplina buja već nekoliko godina. Već prije pet godina automobili su se vozili ulicama na uzburkanom plinu - biometanu koji se ovdje proizvodi od otpada poljoprivredne industrije u regiji s površinom dvije Moskve. Nije iznenađujuće da je upravo ovdje, uz potporu Europske unije, pokrenut projekt Chemport Europe prije godinu dana, čiji je glavni cilj stvoriti punopravni plinski kemijski klaster koji djeluje isključivo na lokalnim biološkim resursima i vodiku s nultom emisijom CO2. Drvena biomasa se obrađuje, a ugljikohidrati nastali u procesu koriste se u kemiji. Električna energija iz offshore vjetrenjača pretvara se u vodik i kisik pomoću elektrolizatora. Kisik i vodik koriste se u kemiji, a kisik također sudjeluje u uplinjavanju prerađene biomase iz lokalnih polja od preko milijun hektara. Zaplinjavanjem se omogućuje dobivanje sintetičkog plina - čiste smjese vodika, CO2 i CO. Tamo se dodaje i čisti vodik iz vjetroagregata. 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.koji mogu u potpunosti istisnuti naftu i prirodni plin iz svojih stabilnih položaja kao sirovina za kemijsku industriju.koji mogu u potpunosti istisnuti naftu i prirodni plin iz svojih stabilnih položaja kao sirovina za kemijsku industriju.
Inicijatori projekta izjavljuju kako žele približiti cijenu sintetičkog plina troškovima prirodnog plina. Syngas se može slati na ukapljivanje (bio-LNG), dopunjavati vozilima i koristiti za druge klasične potrebe.
Početna investicija u projekt je 50 milijuna eura, od čega je 15 milijuna eura osigurano bespovratnim sredstvima Europske unije.
Vodično olimpijsko selo
U Tokiju se gradi olimpijsko selo za Olimpijske igre 2020. koje će primiti do 17.000 gostiju. Glavni izvor energije u selu bit će vodik: automobili, benzinske pumpe, gorivne ćelije, toplina i struja u kućama, plin u štednjacima i bojlerima - sve će to raditi na vodik.
Je li sve tako bez oblaka?
Među skepticima vodikove energije nisu samo konzervativci, već i Elon Musk (iako, naravno, ima sukob interesa: Tesline litij-ionske baterije izravni su konkurencija tehnologiji napajanja i plina). Ukazuje na opasnosti od rukovanja vodikom tijekom skladištenja: curenje je gotovo nemoguće otkriti i postoji potencijal da se formira eksplozivna smjesa. Neki stanovnici Tokija izrazili su sličnu zabrinutost. Mogu li učinkovito i jeftino riješiti ove probleme u pozadini razvoja konkurentskih tehnologija, vrijeme će pokazati. U međuvremenu se benzinske postaje za vodik i dalje pojavljuju u središtima svjetskih prijestolnica.
Oklade su već postavljene
Do sada se globalne investicije u vodikovu energiju procjenjuju na oko 0,85-1,4 milijarde eura godišnje, prema različitim procjenama. Konzorcij Vijeća za vodik planira uložiti 13 milijardi dolara u pet godina u mreže stanica za punjenje vodika i vozila s vodikom. Prema američkom Ministarstvu energetike, sektor gorivnih ćelija već zapošljava 16.000 ljudi (s potencijalom rasta do 200.000), a financijska potpora iz proračuna vlade 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 smanjenje troškova gorivnih ćelija (tri do pet puta) i skladištenja vodika (dva do tri puta). Očito, kad se ti ciljevi postignu, "vodikova ekonomija" bit će nam mnogo bliža nego što to možda sada možemo zamisliti.
Kako će to utjecati na globalno tržište nafte i plina? Što će to značiti za rusku ekonomiju? Kako možemo pronaći svoje mjesto u svijetu ekonomije vodika? Sve su to pitanja, na odgovore na koja je potrebno pripremiti se sada.